Buharlı Makineler |
1. Bölüm

Uzun yıllar boyunca karayolları taşımacılığının temelini oluşturan buharlı makineler zamanla yerini içten yanmalı motorlara bırakmış ve artık günümüzde siyah beyaz fotoğraflar eşliğinde bir nostalji kaynağı olmuştur. Bu yazı serimizde mazide kalmış buharlı makineleri ve gelişim süreçlerini inceleyeceğiz.

A- A+

10.08.2015 tarihli yazı 13418 kez okunmuştur.

Buharı kullanarak hareket sağlama düşüncesi M.Ö. 100’lü yıllara kadar dayanmaktadır. İskenderiyeli Hero, her iki ucu yarım T şeklinde olan ve açık boruya buhar verildiğinde, buharın püskürdüğünü ve bir dönme gerçekleştiğini gözlemlemiştir. Yani buhar enerjisinin, mekanik enerjiye dönüştüğü ilk çalışma bu şekilde gerçekleşmiştir. Sonrasında atmosfer basıncının gücü anlaşılmaya başlanmış ve hava pompaları icat edilmiştir. Buharlı makinelerin gelişimindeki en önemli dönüm noktası ise Denis Papin’in su buharı ile çalışan bir makine yapması olmuştur.

Şekil 1: Hero'nun buhar enerjisini mekanik enerjiye dönüştürdüğü sistem. 1 numaralı bölgede ısınan su buhar haline gelerek 2 numaralı borulardan geçiyor. 3 numaradaki uçlardan püskürme sonucu dönme hareketi gerçekleşiyor.

►İlginizi Çekebilir: Buhar ve Gaz Türbinleri Nasıl Çalısır?

►Denis Papin’in Buharlı Makinesi:

Papin’in yaptığı makine, piston ve bir ucu kapalı metal tüp olmak üzere iki ana kısımdan oluşuyordu. Pistonun altında bulunan az miktardaki su ısıtılıyor ve buhara dönüştürülüyordu. Buharın etkisiyle piston silindirin kenarına kadar yükseliyor ve durduruluyordu. Silindire soğuk su püskürtülmesi ile buhar yoğunlaşıp sıvı hale geliyor ve kısmi basınç etkisiyle piston aşağıya doğru iniyordu. Bu işlemler sırasında metal tüpteki buhar kazanı, silindir ve yoğunlaştırıcı işlevlerinin birbirinden ayrılması ile buharlı makinelerin gelişimi başlamıştır.

Şekil 2: Denis Papin'in soğuk su püskürtmeli buharlı makinesinin çizimi

►İlginizi Çekebilir: Raylı Sistemlerde Enerji

►Thomas Newcomen’ın Buharlı Makinesi:

1725 yılında Thomas Newcomen, buharın sıvı hale gelmesi ile yaratılan kısmi basınç sayesinde atmosferik basınçla slindir içinde bulunan pistonu hareket ettirme düşüncesiyle buhar pompasını geliştirdi. Bu makinenin en belirgin özelliği yalnızca 1 atmosferlik buhar basıncıyla çalışmasıydı. Makinedeki çapraz dirsek kolunun bir ucu çok ağır bir pompaya diğer ucu ise pistona bağlıydı. Çapraz kol dakikada 12 salınım yaparak her iniş ve çıkış hareketinde 45 litre su emiyordu. Pistonun yükselmesi, ağır pompa pistonun aşağıya inmesiyle sağlanıyordu. Buhar kazanından gelen buhar, silindirin içine giriyor ve silindirin içine giren soğuk su buharı yoğunlaştırıyordu. Papin’in makinesinde olduğu gibi bu yoğunlaşma kısmi vakuma neden oluyor ve atmosferik basınç pistonu aşağıya inerken çapraz kolun diğer ucundaki pompa, pistonun yükselmesi ile hareket ediyordu.

Şekil 3: Newcomen'ın buharlı makinesi

Başarılı ilk buhar makinesi olma özelliğine sahip Newcomen atmosferik pompası, kömür madeninden su çekmek için kullanılmıştır ve 5,5 beygir gücündedir. Ancak bu makinenin termal verimi çok düşüktü. 1 kg suyu pompalamak için yanmış kömür kullanmak gerekiyordu.

►James Watt’ın Buharlı Makinesi:

Watt, Newcomen’ın buharlı makinesini verimli hale getirerek büyük bir ilgi görmüştür. Soğuk suyun her enjekte edilişinde silindirin yeniden ısıtılması için kullanılan buhar, makinenin verimini düşürmekteydi. Watt, bu sorunun çözümü için silindiri soğutmaya gerek kalmadan buharı yoğunlaştırmakta aradı.

Watt'ın ilk buharlı makine modelinde buhar, pistonun yukarısından silindire giriyordu. Silindir, üzerinde yalnızca buharın girmesini sağlayan kapaklı bir kutu ile kapatılmıştı. Buhar, atmosferik basınca pistonu aşağıya indirmesi için yardım ediyordu. İlk olarak kömür işletmesinde su pompalamak için kullanılan 127 cm silindir çapı olan makine, Newcomen'ın buharlı makinesinden 3 kat daha verimli çalışıyordu.

Şekil 4: James Watt'ın buharlı makinesi

1782 yılında Watt, çift hareketli buhar makinesini yaptı. Bu akinede pistonun önce altına sonrada üstüne buhar veriliyor ve böylece piston kolu hem inme hem çıkma hareketleri sırasında güç üretiyordu. Çift hareketli sistem beraberinde buharlı makinelerin demiryollarında kullanılmasındaki ilk kıvılcımı oluşturdu. Böylelikle az verimli ve pahalı yakıt olan kömürün yerini buharlı makineler almaya başladı. Demiryollarında kullanılan buharlı makineleri yazı serimizin 2. bölümünde inceleyeceğiz.

Kaynak:

►egr.msu.edu
►Wikipedia