AKIKANLAR VE ENERJ SSTEMLER Akkanlar maddenin fiziksel halleri

AKIŞKANLAR VE ENERJİ SİSTEMLERİ Akışkanlar, maddenin fiziksel halleri olan sıvı ve gazlara verilen isimdir. Atomları arasında kuvvetli bağlar bulunmadığından belirli bir şekli bulunmayan ve bulundukları ortamın şeklini alan akışkanların statik ve dinamik analizi makina mühendisliği açısından son derece önemlidir. Makina mühendisleri; gemi, tank, köprü ve barajlar dâhil pek çok sabit cisim üzerine etki eden basınç ve kaldırma kuvvetini hesaplamak için akışkanların statiği ilkelerini uygularlar. Akışkanlar dinamiği ise hareket halindeki sıvı veya gazları veya içerisinde uçak veya denizaltı gibi hareketli bir cisim olan sabit akışkanların davranışlarını konu edinir. Akışkanlar mekaniğinin en yaygın alanları; suyun dinamik davranışını inceleyen hidrodinamik ve havanın aerodinamik davranışını inceleyen aerodinamiktir.

Akışkanlar mekaniği ilkeleri; pompalar, türbinler, barajlar, uçaklar, otomobiller, buhar kazanları, sıhhi su tesisatları, doğalgaz cihazları, basınçlı tank ve tüpler, gökdelenler, içten yanmalı motorlar, hidrolik ve pnömatik sistemler, destekleme elemanları, tribolojik olaylar, meteoroloji tahminleri başta olmak üzere pek çok alanda kullanılır. Akışkanların temel özellikleri; Sıkıştırılabilirlik: Her madde belirli ölçüde bir sıkıştırılabilirliğe sahip olmakla birlikte; katılar ve çoğunlukla sıvılar sıkıştırılamaz kabul edilirler. Gazlar ise yüksek sıkıştırılabilirliğe sahiptir. Akış: Akışkanların üzerlerine etkiyen kayma gerilmesine sürekli bir hareket ile verdiği tepkinin ifadesidir. Viskozite (Ağdalık): Tüm akışkanların bir kayma kuvvetine karşı koymasını sağlayan fiziksel özelliği olan viskozite, akışkanın yapışkanlı, sürtünme veya direncinin bir özelliğidir.

Akışkan Yoğunluk [kg/m 3] 1, 2 Viskozite [kg/m. s] 1, 8 x 10 -5 Helyum 0, 182 1, 9 x 10 -5 Kaynak suyu Deniz suyu 1000 1, 0 x 10 -5 1026 1, 2 x 10 -5 Benzin 680 2, 9 x 10 -5 SAE 30 yağ 917 0, 26 Hava

Enerji Sistemi İçten yanmalı motor Dizel motor Elektrik motoru Otomobil Fosil yakıt santrali Yakıt hücresi Nükleer santral Foto voltaik güneş hücresi Rüzgâr türbini Dalga enerjisi dönüştürücü Hidroelektrik santral Zorlanmış hava fırını Sıcak su ısıtıcısı Girdi Benzin Dizel Elektrik Benzin Yakıt ve oksidan Yakıt Güneş ışığı Rüzgâr Dalga ve akımlar Su akışı Doğalgaz Çıktı Krank milinde iş Mildeki iş Hareket Elektrik Mildeki iş Elektrik Isı Verim [%] 15~25 35~45 80 10~15 30~40 30~60 32~35 5~15 30~50 10~20 70~90 80~95 60~65

TERMODİNAMİK

Termodinamiğin 0. , 1. , 2. , ve 3. olmak üzere 4 yasası bulunmaktadır. Termodinamik kanunları, çok genel bir geçerliliğe sahiptir ve karşılıklı etkileşimlerin ayrıntılarına veya incelenen sistemin özelliklerine bağlı olarak değişmez. Yani bir sistemin sadece madde veya enerji giriş-çıkışı bilinse dahi bu sisteme uygulanabilir. Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası, temel olarak şunu söyler: Eğer A ve B cisimleri termal olarak dengedeyse (aralarında ısı alışverişi yoksa, yani sıcaklıkları eşitse) ve eğer sıcaklığını bilmediğimiz bir C maddesini, önce A'ya, sonra B'ye (veya tam tersi) değdirdiğimizde, bu 3 cisim arasında da ısı transferi olmuyorsa, C'nin sıcaklığı da A ve B ile aynıdır.

Termodinamiğin 1. Yasası Isı ile iş arasındaki ilişkiyi kapsayan bu yasa, evrendeki toplam madde miktarının ve toplam enerjinin korunumunun bir ifadesidir. Termodinamiğin bulunan ilk yasası olan 1. yasa en genel şekliyle; 'Enerjinin yokken var, varken yok edilemeyeceğini ancak bir biçimden başka bir biçime dönüşebileceğini' açıklamaktadır.

Termodinamiğin 2. Yasası Termodinamiğin 2. yasası, ısı ve işin birbirine dönüşebildiğini belirten 1. yasaya ek olarak bunun gerçekleşme yollarını sınamaktadır. Örneğin; bir hal değişiminin gerçekleşebilmesi için 1. yasanın sağlanması yani bir enerjinin olması gerekmektedir. Ancak bu durum tek başına hal değişimi için yeterli değildir. 2. yasa, makinelerdeki verimlilik sınırının sadece mühendisler ve tasarımcıların hatalarından değil, doğanın kanunlarından da kaynaklandığını açıklamaktadır. Eğer ısı %100'lük bir başarıyla işe çevirebilseydi, daimi hareket makinesi tasarlanabilirdi. Ancak doğanın kanunlarından dolayı sadece belirli bir miktar ısı faydalı işe dönüşebilmekte, geri kalanı ise sistem içinde kaybolmaktadır. Yani, bir motorun veya bir makinenin her devrinde bir miktar enerjinin kaybedilmesi entropide artışa neden olmaktadır. Bir makinenin verimini maksimum seviyeye çıkarabilmek için entropinin minimum seviyeye düşürülmesi gerekmetedir.

Termodinamiğin 3. Yasası Bu yasa, mutlak sıfır sıcaklığına (0 Kelvin) inildiğinde tüm parçacıklarının entropilerinin bir sabite yaklaşarak eşit olacağını belirtmektedir. Entropinin bir sabite yaklaşması sırasında tüm işlemler giderek yavaşlar ve sabitte durma noktasına gelir. "Mutlak sıfır", sıfır hareket halidir. Bu kesinlikle entropi yok demektir. Bu yüzden ulaşılamaz. Mutlak sıfır, bir cismin keyfi olarak yakınlaşabileceği, ancak asla erişemeyeceği bir sıcaklıktır. Laboratuarda 2. 0 x 10 -8 K kadar düşük sıcaklıklar elde edildi, ancak mutlak sıfıra ulaşılamadı. Termodinamiğin üçüncü kanunu budur: Bir nesnenin sıcaklığını sonlu sayıda aşamada mutlak sıfıra indirmek olanaksızdır.