İş-Güç-Enerji Tanımı ve Carnot Çevrimi

İş-Güç-Enerji Tanımı ve Carnot Çevrimi

Önceki yazılarımı ardı ardına yayınladım. Fakat okulumun yoğunluğu ve kişisel işlerim nedeniyle artık yazılarımı haftalık yazacağım. Bu haftaki yazımda, iş güç enerji tanımlarını, ideal sistemler ve Carnot çevrimini anlatacağım.

            Geçen hafta yayınladığım “Termodinamik ve Temelleri” başlıklı yazımda, genel olarak termodinamiksel kavramları tanımlamış, entropi kavramını kafamızda güzelce modellemiştik. Carnot çevrimi, sistemin ideal olmasının üzerine kurulmuştur. Bu yüzden öncelikle ideal sistemi iyi tanımlamalı, modelini kafamıza iyi yerleştirmeliyiz.

• İş-Güç-Enerji Tanımı

Enerji, İş yapabilme kabiliyeti olarak tanımlanan enerjiyi hemen hemen her ilkokulu bitirmiş kişi bilir. Enerjinin çok genel olarak kullanılan ve öğretilen bu tanımı doğru olmasına karşın, yeterli değildir. Enerji, depolanabilen, birbirine dönüşebilen, vardan yok, yoktan var edilemeyen, bir kuvvete karşı koymakta harcanabilen veya başka bir fiziksel/kimyasal yolla üretilebilen bir niceliktir. Skaler bir niceliktir.

İş, fizikteki tanımında, bir kuvvete karşı harcanan enerjidir. Örneğin, bir çantanın havaya kaldırılması yerçekimine karşı yapılmış iştir.

Güç ise, birim zamanda yapılan iştir. Günlük hayatınızda duyduğunuz, “kaç beygir senin araba?”  sorusuna verdiğiniz cevapta, motorunuzun birim zamanda yaptığı işi söylemektesiniz. Uluslar arası birim sisteminde birimi Watt’tır (W). Fakat İngiliz birim sisteminde birimi beygirdir (hp). İngilizler, 1 beygirlik gücü tanımlarken, 75 kilogram kütleye sahip bir cismi, 1 metre yüksekliğe 1 saniyede kaldırabilecek kapasiteyi kullanmışlardır. 1 beygir yaklaşık olarak 740 Watt’tır.

Termodinamikte yapılan iş, elektrik işi, mekanik iş, kimyasal iş (yanma) vb olabilir.

Fakat çevrimlerde bizi en çok ilgilendireni sınır işidir. Sınır işi ne demektir?

Sınır işi, bir akışkanın (gaz veya sıvı) sabit basınç altında hacmini arttırması durumudur. Yani izobarik genleşmedir.

Örneğin, şişirdiğiniz bir balonun içerisine fazladan hava basmaktasınız. İlk durumda, balonun iç basıncı ile atmosfer basıncı eşittir. Yani atmosfer ile balon mekanik dengededir. Fakat siz içerisine üflediğinizde balonun basıncını bir anlık arttırmış olursunuz.. Gibbs serbest enerjisi ve entropisi genleşmesini gerektireceğinden, balon küçük hacimde, yüksek basınçta kalmak yerine düşük basınç büyük hacme geçmeyi isteyecektir. Yani, P.dV çarpımı kadar verdiğiniz işin bir kısmını genleşmeye bir kısmınıda entropisine transfer edecektir.

Sözün özeti, termodinamikteki en önemli iş tipi, sınır işidir. Carnot çevrimide dahil olmak üzere, her çevrim ve sistemde sınır işi çok büyük önem arz etmektedir.

• İdeal Sistem

İdeal sistem, termodinamik tanımıyla, izentropik demektir. İzentropik ise, entropi yaratılmadan, yani düzensizlik oluşturulmadan enerjinin tamamının işe aktarılması demektir. Sürtünmelerin ve ısı kayıplarının bulunmadığı bir sistem, ideal olarak tanımlanabilir. Yani, Tersinir ve Adyabatik olarak gerçekleşen işlemler izentropiktir002E

•  Carnot Çevrimi

Carnot çevrimi, 1820’li yıllarda Sadi Carnot tarafından, ortaya konmuş ideal bir termodinamik çevrimidir. İlerleyen yıllarda, Emile Clapeyron, Carnot’un bu özel çevrimini geliştirmiştir.

Bir sistem, farklı termodinamik hallerde bulunup, sonunda tekrar ilk haline dönebiliyorsa, bu sistem bir termodinamiksel çevrim gerçekleştiriyor demektir. Bu süreçte, sistem iş yapabilir, iş alabilir, bir ısı deposuna ısı atıp, başka bir ısı deposundan ısı çekebilir. Bu şekilde çalışan bir sisteme, ısı makinesi denir.

Isı makinesinin çalışma prensibi, temel bir termodinamik kanunudur. Isının sıcak ortamdan, soğuk ortama akması esnasında bir iş gerçekleştiren makinelere ısı makinesi denir. Aslıda buu tanımda, termodinamiğin ikinci yasası da sağlanmaktadır. Bir ısı makinesi çalışırken, sıcak ortamdan ısı çeker, mekanik iş verir ve sonra ısının bir kısmını soğuk ortama atar. Yani, bir ısı makinesi ikinci yasanın gerektirdiği şekilde iki ısı deposu arasında çalışır.

Bu şekilde çalışan bir ısı makinesi, tersinirde çalışabilir. Fakat tersinir çalışması demek, soğuk bir ortamdan çekilen ısının sıcak ortama atılması demektir ki bu olay istemli değildir. Çünkü, ısı sıcaktan soğuğa akarken istemlidir. Tersi mümkündür fakat bu işlemin gerçekleşmesi için sisteme iş verilmesi gereklidir. Yani, ısı makinemiz sıcak ortamdan ısı çekip, soğuk ortama atarken, mekanik iş verir. Tam tersi olan durumda ise, soğuk ortamdan ısı çekip, sıcak ortama ısı atabilmesi için, sisteme bizim iş vermemiş gereklidir.

            Carnot çevrimi, termodinamiksel çevrimlerin atası niteliğindedir. Çünkü, “Carnot verimi” olarak bilinen, birazdan açıklayacağımız bir tanımı ortaya koymuştur. Carnot çevrimi, ideal bir sistemi modellemektedir. Yani bir sistemden alınabilecek maksimum verimi tanımlar ve izentropik bir çevrimdir.

• Carnot Çevriminin Basamakları

Carnot çevrimini, bir piston-silindir düzeneği olarak modelleyeceğim.

Çevrim, çevreden ısı çekerek başlar. Tersinir ve İzotermal olarak genleşen bir gaz, sınır işi yaptığından enerji kaybedecektir. Bu esnada sıcaklığı bir miktar düşecektir. Fakat sistem izotermal genleşme yaptığından, sıcaklığı düştüğü anda, çevreden sisteme ısı geçişi olacaktır. Bu evre tamamlandığında sistem hiç enerji kaybetmemiş, aksine kazanmış olacaktır. Çünkü sınır işine harcadığı enerjiyi, çevreden çekmiştir. Çekilen bu ısı, sistemde pistonu üst ölü noktaya itecektir. Yani, piston çevreden çektiği ısı ile sınır işi yapmıştır.

İkinci adımda ise, piston genleşmeye devam eder. Fakat bu evrede sistem adyabatiktir yani yalıtımlıdır. Piston, bu evrede yaptığı sınır işini, kendi iç enerjisinden harcayarak gerçekleştirecektir. Bu sebeple, ikinci evrenin sonunda gaz soğumuş olur.

Üçüncü adımda da, çevresinden daha soğuk hale gelmiş piston-silindir düzeneği, tersinir izotermal şekilde sıkıştırılır. Yani bu kez bizim sisteme verdiğimiz iş, gazı ısıtacaktır. Fakat gaz ısınmayacak, çevresine ısı atacaktır. Çünkü bu sıkıştırma işlemi izotermaldir (eşısılı).

Dördüncü adımda ise, sistem izole edilmiştir ve pistona iş verilmeye devam eder. Verdiğimiz işin gazın içerisinde enerji depolamasından dolayı, gaz ısınacaktır ve ısısını dışarı atamayacaktır. Çünkü sistem yalıtımlıdır.

Bu dört işlem ardı ardına tekrarlanırsa, bir çevrim oluştururlar ve her evrede bir iş verirler. Çevrimin P-V diyagramı aşağıdadır. P.dV çarpımı yapılan işi verdiğinden, 4 hal arasında kalan alan yapılan işi vermektedir.

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi

Mühendislik Terminolojisi

-TERMİNOLOJİ-

Teknik ve bilimsel makalelerde, yazılarda ve nadiren de olsa günlük yaşamınızda duyduğunuz mühendislik ve teknik terimlerin tanımlarını derlediğim Mühendislik terminolojisini sizlerle paylaşmak istiyorum. Kavramların ve tanımların tam anlaşılmadan öğrenilmesine imkân yoktur. Tanımını bildiğiniz bir şeyi gerçekten ne kadar iyi biliyorsunuz?

Bu terminolojide daha önce duyduğunuz, belki de anlamını bildiğinizi sandığınız terimlere rastlayacağınıza sizi temin ederim.

            Tanımlarıma öncelikle, mühendis terimiyle başlamak istiyorum. Mühendis, Arapça kökenli bir sözcük olup, dilimize Osmanlı döneminde girdiği düşünülmektedir. Önden eklemeli bir dil olan Arapçada geometri anlamına gelen “hendese” nin  önüne “mü-” ekinin gelmesiyle vücut bulmuş halidir. Yani, şekillerle uğraşan,makine tasarlayan, bina yapan kişilere verilmiştir bir ünvandır. Modern dünyanın ihtiyaçlarının artması sonucu, gıda,tarım, elektrik,elektronik, metalurji,malzeme,fizik,kimya mühendisleride geniş bir yelpaze oluşturacak şekilde ortaya çıkmışlardır. Günümüz tanımında ise, mühendis, bilimsel gerçeklikleri ve buluşları, teknisyen, tekniker ve işçiler ile uygulamaya döken, insanlığın yararına sunan, dalında iyi eğitim almış kişi olarak geçer.

           

·        Mühendislik Terminolojisi

Bu bölümde, teknik terimlere yer verdim. Terimlerin anlamlarını TDK sözlüğünden değil, bilimsel kaynaklardan ve kendi birikimimden derledim. Yanlarına da fiziksel sembollerini ekledim. Şu anlık sadece aklıma gelenleri ve yazılarımda kullandıklarımı yazdım. Zaman ile ekleme yapacağım. Sizlerden de geri dönüş olursa, terim ekleyebilirim.

Skaler: Rakamsal büyüklük. Yön ve birimden bağımsız büyüklüktür.

Vektörel: Rakamsal büyüklüğün yönü ve biriminin de tanımlandığı büyüklüktür.

Hız (V): Birim zamanda alınan yoldur.

İvme (a): Hızın birim zamandaki değişim oranıdır.

Kuvvet (F): Bir cisme etkidiğinde ölçümlenebilen vektörel bir niceliktir.

Moment (M): Kuvvetin, belirli bir yarıçapta döndürme etkisidir.

Enerji (E): İş yapabilme kabiliyeti olarak tanımlanan enerjiyi hemen hemen her ilkokulu bitirmiş kişi bilir. Enerjinin çok genel olarak kullanılan ve öğretilen bu tanımı doğru olmasına karşın, yeterli değildir. Enerji, depolanabilen, birbirine dönüşebilen, vardan yok, yoktan var edilemeyen, bir kuvvete karşı koymakta harcanabilen veya başka bir fiziksel/kimyasal yolla üretilebilen bir niceliktir. Skaler bir niceliktir.

İş (W) (Fizik): Bir kuvvete karşı harcanan enerjidir.

Güç (P): Birim zamanda yapılan iştir.

Verim (n): Verilen enerjiye karşı alınan iştir. Sistemin performansı olarakta tanımlanabilir.

Prototip: İlk üretilen örnektir.

Silindir: Motor bloğu içerisinde pistona yataklık eden, yakıt ile havanın,karışma ve yanma odasıdır.

Piston: Silindir içerisinde sınırları arasında serbestçe harekete edebilen, yakıt-hava karışımını sıkıştıran ve patlama sonucu oluşan gücü krank miline aktaran parçadır.

Krank mili: patlama sonucu oluşan güçle salınım yapan pistonlardan gelen gücü, mekanik işe çeviren parçadır.

Emme: Motor içine hava çekilme evresidir.

Sıkıştırma: Yakıt-Hava karışımının sıkıştırılma evresidir.

Ateşleme: Sıkıştırılan karışımın bir buji yardımıyla ateşlenmesidir.

Egzost: Yanmış sıcak gazların, ortamdan uzaklaştırılmasıdır.

Enjektör: Yakıtı, yüksek basınç ile silindir içerisine püskürten parçadır.

Kompresör: Sıkıştırma veya pompalama işini yapan makinedir.

Buji: Yakıt-Hava karışımını, elektrik enerjisi ile ateşleyen parçadır

Atalet: Moment ile aynı anlama gelmektedir.

Salınım: Belirli bir yarıçapta veya sınırlar arasında, periyodik hareket yapmaktadır.

Periyodik: Düzenli olarak tekrar eden.

Frekans: Birim zamanda tekrarlama sayısıdır

RPM (Revolution per minute): Dakikadaki tur/devir sayısıdır.

Radyatör: Isı transferinin hızlandırılması gereken yerlerde kullanılan, çok kanatlı ve toplam yüzey alanı çok büyük parçalardır. Tesisata sahiptirler ve içlerinden akışkan geçerken, soğur veya ısınır.

Yakıt: Yandığı zaman yüksek ısı veren, fazlaca enerji açığa çıkaran malzemelere denir.

Turbo: Motorun gücünü arttırmak adına, yanmayı güçlendirmek için silindir içerisine fazla hava çeken aparattır. Bir nevi kompresördür.

Şimdilik aklıma gelenler bunlar.

Eğer ilaveleriniz olursa, mutlaka bana ulaşınız.

E-Posta : okang92@gmail.com

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi

Termodinamik ve Temelleri

TERMODİNAMİK

      

Bu yazımda termodinamik ve temellerini anlatacağım.

İnsanoğlu ilkel çağlardan beri her işini kendi kas gücüyle veya hayvanların kas gücüyle yapmıştır. Sanayi devriminin ardından makineleşme yüksek bir ivmeyle günümüze kadar sürmüştür. İlk olarak gelişen sektör, taşımacılık ve özellikle de gemicilik alanıdır. James Watt’ın buharlı motoruyla başlayan bu serüven, günümüzde yüksek teknolojiye sahip içten yanmalı motorlar olarak karşımıza çıkmaktadır.

Isıda bir enerji formudur. Bu enerjiyi bir mekanik sistemle iletebilirseniz güç elde etmiş olursunuz. Öncelikle termodinamiğin ve terimlerin tanımlarını yapmalıyız.

• Termodinamik Nedir?

Termodinamik, ısının ve bu ısıdan gücün üretimini inceleyen bilim dalıdır.

Isı, bir enerji formudur. Elektrik, kimyasal, nükleer, mekanik, fiziksel olarak açığa çıkabilir veya depolanabilir. Genellikle tersinmez davranıştadır.

Sıcaklık, maddenin tuttuğu ısıdan dolayı gözlenen bir özelliğidir. Diğer bir deyişle, moleküllerin ortalama kinetik enerjisi yani bir ısı yoğunluğudur.

Termodinamikte kabaca iki tür sistem incelenir. Bunlar açık ve kapalı sistem olarak tanımlanır.

Açık sistem, kütle ve enerji transferinin aynı anda gözlemlendiği sistemlerdir. Yani bir ısı tesisatı örnek verilebilir.

Kapalı sistem ise, kütle transferine izin verilmeyen, sadece enerjinin aktarıldığı sistemdir. Kapalı bir piston-silindir düzeneği örnek verilebilir. (Bkz : Stirling Engines)

• Termodinamiğin Sıfırıncı Yasası

Traji-komik bir şekilde sıfır denmesinin sebebi, 1. yasanın yayımından sonra yasalaşmasıdır. Fiziksel yorumu ise, “Eğer iki sistem arasında ısı,enerji akışı olmuyorsa, o iki sistem termodinamiksel dengededir denir.” şeklindedir. Çok temel bir fiziki bilgidir. Nicelik veya nitelik yönünden bir açıklama getirmez.

• Termodinamiğin Birinci Yasası

Termodinamiğin yayımlanan ve yasalaşan ilk yasasıdır. Nicelik yönünden bir açıklama getirir. Fiziksel yorumu “Bir sisteme aktarılan enerji, farklı formlara dönüşebilir. Katiyen yok olmaz veya yoktan var olmaz.” şeklindedir. Matematiksel gösterimde ise,

Q-W = m(u2-u1) = m.Cv.dT veya Q-W = m(h2-h1) = m.Cp.dT olarak gösterilir.

Bu eşitlikle, Q sistem içerisine transfer edilen veya sistemden atılan ısıdır. W ise, sisteme verilen veya sistemden alınan iştir. Tüm bu enerji akışının toplamı kapalı sistemlerde iç enerji değişimine, açık sistemlerde ise entalpi değişimine eşittir,eşit olmak zorundadır. İşte bu eşitlik zorunluluğunun temeli birinci yasadır.

• Termodinamiğin İkinci Yasası

Birinci yasanın açıklamış olduğu enerji eşitliği mecburiyeti, ideal şartlarda, harcanan tüm enerjinin işe gitmesidir. Fakat gerçekte böyle bir durum söz konusu değildir. Bir sistemin harcadığı tüm enerji işe gitmemektedir. Gerçekteki entropi kavramı ve işin kalitesi yani niteliği ikinci yasa ile açıklanmaktadır. Fiziksel yorumunda, “Hiçbir ısı makinesi, tek bir kaynaktan ısı çekerek veya tek bir kaynağa ısı atarak çalışamaz. Mutlaka iki ısı deposu arasında çalışmalıdır” denmektedir.

Aslında burada, bir piston-silindir düzeneğinin sadece ısı alarak bu ısının tamamını işe dönüştüremeyeceğini anlatılmaktadır. Bu sistem mutlaka aldığı ısının bir kısmını tekrar dışarı atacak veya entropisini arttırmakta kullanacaktır. Entropi artışı ne kadar fazla olursa, işin kalitesi –niteliği- düşer. İşte ikinci yasa bunu anlatmaktadır. Matematiksel olarak iki adet gösterimi mevcuttur.

Açık sistemlerde Gibbs Serbest enerjisi bir sistemden alınabilecek maksimum enerji olarak tanımlanır ve şu şekilde gösterilir, “dG = dH – T.dS”  Bu ifadeden de anlaşılacağı gibi üretilen entropinin ilgili sıcaklıkla çarpımı, entalpiden çıkarılır –enerji kaybı- ve geriye kalan net enerjidir. Bir sistemden maksimum dG kadar enerji çekilebilir.

Kapalı sistemlerde ise, Helmholtz enerjisi o sistemden alınabilecek maksimum enerji olarak tanımlanır ve şu şekilde ifade edilir, “dA = dU – T.dS” Kapalı bir sistemin verebileceği maksimum enerji, Helmholtz kadardır.

• Termodinamiğin Üçüncü Yasası

Üçüncü yasa ise, mutlak sıfıra (0 K ) yaklaşıldığında entropinin bir sabite gittiğini belirtir. Entropinin sabite yaklaşması matematiksel “S = W . lnK” olarak ifade edilebilir. Mükemmel kristal olmayan malzemelerde, tüm hareketler sıfıra inmiş olsa dahi, kristalite olmadığından hala bir düzensizlik mevcuttur. Bu yüzden entropi bir sabite gitmektedir.

• Entropi Nedir?

Entropi, düzensizlik derecesi olarak tanımlanabilir. Termodinamiğin 2. yasası ile sistemlerin nitelik bakımından incelenmesine olanak verilmiştir. Kimyasal dengenin sağlanması için, tepkimenin reaktifler veya ürünler taraflarında -karşılıklı olarak-  mutlaka minimum enerji ve maksimum düzensizlik eğilimi olmalıdır. Eğer bu iki durumdan birisi sağlanmaz ise, sistem bu durumu sağlayana kadar bir yöne kayacaktır ve sonuçta dengeye gelecektir. Bu kurala Le’ Chatelier prensibi denir.

Entropinin tanımını yapmak gerekir ise, kafamda kurguladığım bir modeli aksettirmem gerektiğini düşünüyorum.

Farz edin ki, bir depo benzininiz var ve bunun tamamı 100 MJ enerji içermekte. Belirli bir hız ile belirli bir süre gittiğinizde bu enerjiyi kinetik enerjinize ve sürtünme işine transfer edeceksiniz. Bir süre sonra benzininiz bittiğinde ve aracınız durduğunda, ne kinetik enerjiniz vardır ne de benzininiz. Benzin, çoğunlukla oktandan oluşur. Oktan molekülünün içerisindeki kimyasal bağlarda depolanan enerji,motorun içinde açığa çıkar ve bir kısmı ısıya bir kısmıda mekanik işe dönüşür. Bu esnada oktana göre daha küçük olan karbondioksit ve su açığa çıkar. Yani hem daha kararlı olan –enerji bakımından düşük enerjiye sahip- hem de daha düzensiz olan –bir oktan molekülünden sekiz karbondioksit molekülü oluşur- karbondioksit ve su oluşur. Hem minimum enerji, hem de maksimum düzensizlik sağlanmış olur ve entropi artar. Artık elinizde ne yakıtınız vardır ne de enerjiniz. Tüm enerjiniz ısı olarak atmosfere karışmıştır. Ayrıca, moleküllerinin arasında enerji depolamış oktanda çok daha küçük moleküllere yıkılmış ve oda atmosfere karışmıştır. Kütle ve enerji korunumu gerçekleşmişken, elinizde elde edilebilir iş veya enerji kalmamıştır. İşte bu durum entropinin tanımlanmasını kolaylaştıracak bir model olabilir.

Elinizden düşen bir yumurtanın, yüksekliğinden ötürü kazanmış olduğu bir potansiyel enerjisi vardır. Bu enerjinin neredeyse tamamı yumurtanın dağılmasına aktarılır. Varsayınız ki, elinizden düşen bir yumurtanın, hemen düşmeden önce 100 J enerjisi olsun. Yumurta kırıldıktan sonrada yerde ne yumurtanın düzenli hali vardır ne de o potansiyel enerjisi vardır. Yani hem maksimum düzensizlik hem de minimum enerji şartı sağlanmış olur. Evrenin dengesi bu iki prensip üzerine kurulur. Genellikle entropinin artmasıyla tüm enerjiler ısıya dönüşür ve evrende serbest hale geçer. Siz tekrar 100 J enerji verseniz dahi o yumurta eski haline gelmeyecektir. İşte bu geri kazanılamayan enerjiye tersinmez durum denebilir.

Yine varsayınız ki, elinizde içerisinde hava bulunan mükemmel bir piston-silindir düzeneği olsun. Sürtünmelerin olmadığı ve gazında ideal olduğu kabul edilsin. Bu düzeneğe uygulanan bir kuvvetle, gaza bir iş verilir ve gaz bir enerji depolar. Kuvveti kaldırdığınızda bu enerjiyi size iş olarak tekrar verecektir. Eğer verdiğiniz işin tamamı alabiliyorsanız –ancak sistem ideal olduğunda bu olay mümkündür- bu sisteme tersinirdir denir. Carnot, keşfettiği çevriminde de adyabatik tersinir genleşme kullanmıştır. Carnot çevrimi,  ideal bir çevrimdir ve bir sistemden alınabilecek maksimum verimi tanımlar. İzo-entropik –eş entropili, entropi oluşturmadan- olarak gerçekleştirilen sistemlerde kayıp olmayacağından verim maksimumdur.

• Kapalı Sistem Analizi

Kapalı sistemlerde, sistemin iç enerji değişimi üzerinden hesap yapılır. Herhangi bir sınır veya akış işi yapılmadığında iç enerji önemlidir. “U” ile sembolize edilir. Termodinamiğin birinci kanununda “ Q-W = m (u2-u1) “ şeklinde tanımlanır. Bu tip bir çözümlemede sistem, mükemmel sistem olarak düşünülür. Verilen işin veya ısının tamamının iç enerji değişimine gittiği veya iç enerji değişiminin tamamının iş olarak alındığı düşünülür. Enerji korunumuna uygun bir enerji dönüşümü görülürken, termodinamiğin ikinci kanununca bu sistem mümkün değildir. Yani nitelik bakımından incelediğinde, gerçek sistemlerde iç enerji değişiminin tamamından iş elde edilemeyeceği çok barizdir.

Kapalı sistemlere örnek olarak, kapalı piston-silindir düzenekleri verilebilir.

• Açık Sistem Analizi

Açık sistemlerde, sistemin entalpi değişimi üzerinden hesap yapılır. İç enerji değişiminin üzerine, bir akışkan tarafından yapılan sınır işi (P.dV) de ilave edilir.  “H” ile sembolize edilir. Termodinamiğin birinci kanununda “ Q-W = m (h2-h1) “ şeklinde tanımlanır.

Kapalı sistem analizinde açıkladığım gibi,yine bu tip bir çözümlemede sistem, mükemmel sistem olarak kabul edilir. Yine enerji korunumu mevcuttur fakat nitelik bakımından olay gerçekçi olarak ele alınmamıştır. Yani çözümde entropi gerçeği göz ardı edilmiş ve alınan işten çıkarılmamıştır. Yani verim maksimum kabul edilmiştir.

            Açık sistemlere örnek olarak, akış işi olan bir tesisat veya genleşen bir balon verilebilir.

Sizleri sıkmamak için, Carnot çevrimini bir sonraki yazımda anlatacağım. Takipte kalın, kendinize iyi bakın.

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Nedir?

MALZEME BİLİMİ VE MÜHENDİSLİĞİ

Tüm meslektaşlarımın maruz kaldığı sorulara bir cevap verme gereği duydum artık. Eminim meslektaşlarım, herhangi bir ortamda, sürekli “malzeme mi? O da neymiş öyle? Metalurji mi, hani şu hava durumu şeysi filan? Niye evladım öğretmenlik tutmadı da mı öyle saçma sapan şeyler okuyorsun?” diye sorulardan bıkmış usanmış olduklarına eminim. İşte bu yüzden bu yazıyı yazma gereği duydum. Tabi, çok okuyan bir toplum olarak, bunuda okuyacağımıza eminim!

·         Malzeme Bilimi Nedir?

             Materyal bilimi; temeli kimyaya dayanan, maddenin içyapısından ötürü kazandığı fiziksel özelliklerini araştıran ve bu özellikleri istenen kıstaslara göre yeniden karakterize eden disiplinler arası bir bilim dalıdır.

·         Malzeme (Materyal) Nedir?

              Malzemeler, günlük yaşantımızda kullandığımız hemen hemen her şeyi meydana getiren temel bileşenlerdir. Doğal olarak oluşmuş veya yapay olarak elde edilmiş malzemeler akla gelebilecek her türlü sanayi, örneğin; otomotiv, havacılık, kimya, bilgisayar, elektronik, gıda üretimi, biyomedikal sektöründe kullanılmaktadır. Malzemeler beş temel gruba ayrılabilir.
· Seramikler
· Metaller
· Elektronik ve Fotonik Malzemeler
· Polimerler
· Kompozitler

·         Malzeme Bilimi Mühendisi Nedir?

             Günlük yaşamın doğal parçası haline gelmiş gereçlerden yarı-iletken yongalara, ulaşım ve iletişim sektöründeki kullanımlarından protez ve yapay organ gibi tıbbi uygulamalara, zırh plakaları veya süper alaşımlar gibi savunma sanayi ağırlıklı ileri teknoloji uygulamalarına kadar her alanda değişik malzemeler, taşıdıkları özelliklerle uyumlu kullanım alanları bulur. Malzeme Bilimi ve Mühendisliğinin uygulamaları da bu geniş yelpazede kullanılan metal, seramik, cam, polimer ve bunların kompozit yapılarından oluşan her türlü malzemenin tasarımı, geliştirilmesi, üretimi ve özelliklerinin karakterizasyonunu kapsar. Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, bilişim teknolojileri ve genetik-moleküler biyoloji ile birlikte 21. yüzyılı şekillendirecek mesleklerden biridir.

·         MALZEME MÜHENDİSLERİ NE İŞ YAPAR VE NEREDE ÇALIŞIR? 

               Malzeme mühendisleri yaşamı kolaylaştıracak ve insanlığın yaşam kalitesini yükseltecek yeni malzemelerin tasarlanması, geliştirilmesi ve üretilmesi, var olan malzemelere yeni kullanım alanları yaratılmasından sorumludur. Malzeme mühendisleri hammadde üretimini, malzemenin sentezlenmesi ve işlenmesi, ürün tasarımı, geliştirilmesi ve üretimi ve ömrünü tamamlamış malzemelerin geri kazanımını da içeren tüm aşamalarda yer alır. Malzeme mühendisleri aşağıda listesi verilen sektörlerde çalışmaktadır:
· Metal ve Metalürji · Seramik · Elektronik · Uçak ve Uzay · Plastik · Otomotiv ve Beyaz Eşya · Üniversite ve Araştırma Kuruluşları.

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi

Dizel Çevrimi ve Turbo Besleme

Diesel Çevrimi

Bir önceki yazımda içten yanmalı motorları kaleme almıştım. Bu yazımda ise birlikte Diesel Çevrimini inceleyeceğiz.

·        Tarihçe

İlk dizel motor, Alman Makine Mühendisi Dr. Rudolph Diesel tarafından 1892 yılında üretilmiştir.

Almanya’nın zengin kömür yataklarına sahip olmasından dolayı kömürle çalışan bir motor icat etmek ve ülkesinin petrole olan bağımlılığını azaltmak istemiştir. Fakat yanma sonrasında ortaya çıkan küller büyük sorunlara sebebiyet verdiğinden, yakıt olarak kömür tozu veya kav kullanılamamıştır.

Diesel, buhar motorlarına uygulamış olduğu bazı değişimlerle %10 - %12 lik bir verim artışı sağlamıştır. Daha sonrasında kav parçalarını bir piston yardımıyla hava ile sıkıştırdığında kendiliğinden alev aldıklarını gördü. Kömür tozu ve kav parçalarıyla çalışan bir motor geliştirmeye çalıştı. Fakat yakıt seçiminin yanlış olduğunu çabucak fark edip, yakıt olarak mazot kullanmaya karar verdi. İlk üretilen bu mazotlu motorun, teoride %75,6 lık bir verime sahip olması büyük heyecan yaratmışken, uygulama sonucu verimin %5 olduğu görülmüştür. Dizel motorda kullanılan ilk yakıt fıstık yağıdır. (Bkz: Bio-Diesel)

·        Çalışma Prensibi

Atmosferden emilen havanın, sıkıştırılarak yüksek bir basınç ve sıcaklığa kadar ulaşması anında

silindir içindeki bu kızmış ve sıkışmış hava üzerine püskürtülen mazotun alev alması ve patlamasıyla çalışan bir motordur. Benzinli motorlardan farklı olarak, yakıt-hava karışımını ayarlamak ve ateşlemek için karbüratör ve bujiye ihtiyaç yoktur.

            Dizel motorlarda, benzinli motorlar gibi 4 zaman prensibiyle çalışırlar.

Emme zamanında, hava atmosferden silindir içine çekilir. Sıkıştırma zamanında, benzinli motorların sıkıştırma oranının çok üstünde bir oranda hava sıkıştırılır (sıkıştırma oranı 17.8:1) ve silindir içindeki sıcaklık 500 ile 700 derece arasına kadar yükselir. İyice kızdırılmış ve sıkıştırılmış hava üzerine püskürtülen yakıt kendiliğinden alev alır ve patlar. Bu şiddetli patlama sonucu biyel (piston kolu) vasıtasıyla krank milinden moment elde edilir. Böylece ateşleme zamanıda gerçekleşmiş olur. Egzost zamanı ise tüm motorlarda aynıdır. Egzost manifoldu açılarak, pistonun silindir içindeki yanmış gazları atması sağlanır. Krank milinin her 2 turunda 1 iş elde edilir.

·        Uygulamaları

Dizel çevrimi gerçekleştiren motorlar, benzin ile çalışan kuzenlerine göre çok daha yüksek bir

sıkıştırma oranına sahiptir. Termodinamiksel olarak, hacim değişimi arttıkça yapılan iş artar, dolayısıyla motorun gücüde artar. Basma kabiliyeti yüksek olan pistonlar, krank milini oldukça fazla burarlar. Bu sebeplerden ötürü dizel motorlar oldukça fazla güç üretirler ve torkları yüksektir.

            Dizel motorlar dediğinizde, mühendislerin aklına ilk gelen şey, zorlu işler ve fazla güç gerektiren durumlarda kullanılan, bakımı zahmetli, yüksek maliyetli teknolojiye sahip motorlardır. Fakat benzinli motorların yapamayacağı işleri yapabilirler. Örneğin, ekskavatörler, buldozerler, tanklar, vinçler gibi ağır işlerde kullanılan ve düşük devir gerektiren denizaltı ve gemiler gibi araçların hemen hepsi dizel motorlara sahiptirler. Otomotiv sanayinde ise, ekonomik sayılabilecek düzeyde yakıt tüketimi olduğundan, aracını fazla kullanan insanlarca tercih edilmektedir.

Dizel motora sahip araçların torkları yüksek olur. Aynı hacme sahip benzin motorlu araçlardan fazla güç üretirler. Dez avantaj olarak sayılabilecek yanı ise, dizel araçların devir problemidir. BMW ve Benz bu sorunu çözmüş olsa da, çoğu firmanın dizel araçlarında devir alma sorunu mevcuttur.

            Dizel motorlar, yanma odasına giren yakıtın kontrol edilmemesi durumunda aşırı hızlanır ve ısınma yapar. Ayrıca, devir yükseldikçe artan sıcaklıktan dolayı pistonlar sıkıştırma problemi yaşayabileceğinden erken patlama gerçekleşebilir ve sonucunda motor vuruntulu çalışır. Bu yüzden otomobil firmaları bu tip motora sahip araçlara, motora giren yakıtı kontrol edip, motor devrini istenen ve güvenli sınırda tutabilmek için ECU (Electronic Control Unit) eklerler. ECU aracın motorunu korurken, istenen torkun verilmesini bazı durumlarda engellemektedir. Motor hızlı bir şekilde devir alamadığından istenen güce çabucak erişememektedir. Zaten düşük devirlerde yüksek tork vermelerinden dolayı bu özellik dizel motorlar için pekte sorun değildir.

·        Turbo Besleme

            Tüm motor tiplerinde performansı doğrudan etkileyen başka bir faktör ise, motor içine çekilen havanın miktarıdır. Hava miktarı arttıkça, silindir içindeki patlama daha şiddetli gerçekleşeceğinden, yanma daha verimli olur ve motor daha fazla güç üretir. Motora fazla miktarda hava çekmek ise hayli zor bir iştir. Mühendisler bu sorunu turboşarjer veya turbo besleme olarak bilinen sistem ile çözmüşlerdir. Özellikle dizel motorlar için vazgeçilmez olan turbo beslemesi verime ve üretilen güce doğrudan etkimektedir. Volkswagen’in başı çektiği turbo teknolojisinin vazgeçilmezi TDI’dır. (Turbocharged Direct Injection)

            Turbo ünitesi, yüksek basınç ve sıcaklığa sahip yanmış gazların egzost manifoldundan direk atılması yerine, bir türbinden geçirilerek türbine güç vermesinden sonra atılması esasına göre çalışır. Egzost manifolduna bağlı olan türbin bir mili çevirir. Bu mil ise emme manifoldunun girişinde bulunan başka bir kompresörü çevirmektedir. Türbin ne kadar güçlü dönerse, kompresöre o kadar fazla güç iletilir ve silindirler içine daha fazla hava paketlenir. Fakat, kompresör tarafından sıkıştırılan havanın sıcaklığı arttığı için,yoğunluğu düşer. Silindir içine daha yoğun bir hava girişi istendiğinden bu sıkıştırılan sıcak havanın soğutulması gereklidir. Turbo ünitesinin kompresörü ile emme manifoldu arasında bir arasoğutucu (intercooler) konularak sıkıştırılan hava soğutulur. Böylece silindir içine çekilen havanın yoğunluğu arttırılmış olur. TDI teknolojisi turbo üniteleri arasında en temel ve en yüksek verimli teknolojidir. Patentinin Volkswagen’e ait olmasına karşın,en iyi verimi kardeş firması Audi elde etmektedir. (Ayrıca bkz : TDI)

·        Kullanımı

Dizel araç kullanmak için eskiden bazı şeylere dikkat etmek durumundaydık. Fakat gelişen teknoloji ile dizel araçlar kendi kendilerine birçok şeyi halledebilmekteler. Dizel araçların kullandığı yakıt olan mazot oldukça viskozdur. Parlayabilmesi için çok fazla sıcaklık gerekir. Bu yüzden motora emilen havanın çok fazla sıkıştırılması ve mazotun motora çok yüksek basınç ile tamamen atomize halde püskürtülmesi gerekmektedir. Soğuk havalarda mazot jelleşme göstereceği için enjektörler yakıtı istenen atomize boyuta ve püskürtme basıncına ulaştıramayabilir. Motor, ya vuruntulu çalışır ya da çalışmaz. Mühendisler, günümüz teknolojisinde bu sorunu kızdırma bujisi denen mekanik bir yardımcı sistem ile çözmüşlerdir. Yakıtın geldiği yolun ve silindir bloğunun kızdırma bujileri ile ısıtılması ile, marşa bastığınız anda motorun istenen şekilde çalışması sağlanmaktadır. Ayrıca mazot oldukça kirli bir yakıttır. İçerisinde su molekülleri bulunduğundan kristalize olabilir. Depoda biriken su motora pompalanacak olursa ciddi sorunlar oluşturur. Bu sorunda, yakıt deposundaki yakıtın bir elektronik sistem ile kontrol edilip, suyun başka bir valf ile dışarı atılmasını sağlamakla çözülmüştür.

Sonuç olarak, aracınızı yılda 15.000 km den fazla kullanacaksanız, dizel araç almanızda fayda vardır. Dizel teknolojisinin maliyeti yüksek olduğundan, benzinli araçlara göre biraz daha pahalıdır. Fakat yıllık 15.000 km üzeri kullanımda kendini amorti edecektir.

Dizel motor animasyonu .http://www.youtube.com/watch?v=qDG6hwpou80

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi

İçten Yanmalı Motorlar

İÇTEN YANMALI MOTORLAR

Bir önceki yazımda sürtünmeyi incelemiştik. Şimdi ise sürtünmeye ve bir çok dirence karşı nasıl hareket ettiğimizi inceleyeceğiz..

Her gün yüzlerce binlerce adım atıyorsunuz. Yüzlerce saniye yürüyorsunuz. Etrafınızda bir sürü araç oluyor. Trafikte kilitlenip kalıyorsunuz. Hiç merak ettiniz mi bu araçlar nasıl çalışıyor? Cevabınız evet ise buyurun birlikte inceleyelim.

Gördüğünüz araçlar içten yanmalı motorlara sahiplerdir ve termodinamiksel kurallarla çalışırlar.

• Tarihi Gelişimi

İçten yanmalı motorlar, İskoç mühendis James Watt’ın buharlı motoru keşfiyle tarih sahnesindeki yerini almıştır. Watt, aslında dıştan yanmalı bir motoru keşfetmiştir. Odun ve kömür yakarak su buharını ısıtmış, elde ettiği sıcak su buharı ile bir çevrim gerçekleştirmiş ve ısı enerjisini mekanik enerjiye çevirmeyi başarmıştır.

Bu tarihi gelişim ile birlikte aynı fikri, basınç ve hacim değişimiyle pistonu hareket ettirmeyi düşünen Alman makine mühendisi Dr. Nikolaus Otto ilk içten yanmalı motoru çalıştırmayı başarmıştır. Otto’nun bu ilk atmosferik motoru 1867 yılının Mayıs ayında tamamlanmıştır ve 4 zamanlı çevrim prensibiyle çalışmaktadır.  Prototipte verim %5 düzeyinde olmakla beraber yakıtta gaz yağıdır.

• Çalışma Prensipleri

İçten yanmalı motorlar, yakıtın hava ile belirli bir oranda karıştırılıp motor içinde sıkıştırılması ve buji yardımıyla ateşlenmesiyle çalışan makinelerdir. Kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye,işe çevirirler. Yanma odası olarak adlandırılan sabit hacimli bir bölmeye püskürtülen yakıt hava karışımı sıkıştırılarak buji yardımı ile ateşlenir ve oldukça ekzotermik bir reaksiyon gerçekleştirilir. İçerideki gazlar bir hayli sıcak olduğundan genleşmek isteyecek ve pistonu aşağıya iteceklerdir. Pistonların bu salınım hareketlerini krank mili vasıtasıyla mekanik hareket enerjisine çevirmek mümkündür.

İçten yanmalı motorlar zamanlamalarına göre iki zamanlı ve dört zamanlı olarak ikiye ayrılırlar.

• İki Zamanlı Motorlar

Bu tip motorlar;  1) Emme-Sıkıştırma 2) Ateşleme-Egzost olarak iki

zamanda çalışırlar. Verimleri düşüktür. Araçlarda kullanılmazlar. Fazla gürültülü çalışırlar. Genellikle hidrofor ve kompresörlerde kullanılırlar.

• Dört Zamanlı Motorlar

Dört zamanlı motorlar; 1) Emme 2) Sıkıştırma 3) Ateşleme 4) Egzost olarak dört zamanda çalışırlar. Verimleri iki zamanlı motorlara göre daha fazladır. Araçlarda kullanılanlar bu tip motorlardır. Genelde yakıt olarak benzin veya dizel kullanılır. Fakat LPG dönüşümü yapılarak likit petrol gazıda yakılabilmektedir.

Atmosferden emilen hava,yakıt ile istenilen oranda karıştırılır ve yanma odasına pompalanır. Bu adıma Emme zamanı denir. Pistonun üst ölü noktaya kadar bu karışımı basmasıyla sıkıştırma zamanı gerçekleşir. Benzinli motorlarda buji yardımı ile sıkıştırılmış hava-yakıt karışımı ateşlenir ve iş elde edilir. Bu da ateşleme zamanıdır. Piston bu zamanda tekrar alt ölü noktaya döner. (Dizel motorlarda, dizel kolay tutuşmadığından buji yoktur. Buji yerine pistonun basma kabiliyeti fazladır ve karışımı kendiliğinden tutuşabileceği bir sıcaklığa kadar sıkıştırabilir.) Egzost zamanı ise tüm motorlarda aynıdır. Yanma odasının yakıt manifoldu kapalı halde kalır ve  egzost manifoldu açılarak yanmış sıcak gazlar dışarı atılır.

         4 zamanlı benzinli motorlarda krank milinin her iki turunda bir iş elde edilir. Bu da ateşleme zamanına denk gelmektedir. Maksimum tork pistonların krank milini çevirdiği anlar olduğundan, ateşleme zamanına iş zamanı da diyebiliriz. 4 zamanlı benzinli motorların bu çevrimi kâşifi Nikolaus Otto olduğundan “Otto çevrimi” olarak isimlendirilmiştir.

Maalesef ki günümüzdeki en yüksek verimli 4 zamanlı benzinli motorlar bile %30 verimi geçememektedir. Yakıtın kimyasal potansiyel enerjisinin sadece %30 u aracın hareketine aktarılabilmektedir. Geriye kalan %70 lik kısım ise, motor içindeki sürtünmelere, pistonların negatif ataletlerine gitmektedir. Fakat en büyük kayıp entropi ile yaşanmaktadır. Radyatörden geri dönüşü yapılamayacak olan ısı kaybı yaşanır. Kısacası havayı boşa ısıtıyoruz da diyebiliriz :)

(4 zamanlı benzinli motorların çalışma prensiplerini gösteren animasyon)

http://www.facebook.com/video/video.php?v=199467906764918

         Dizel çevrimi biraz daha değişiktir. Dizel motor çevrimlerini sizi sıkmamak için bir sonraki yazıda anlatacağım..

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi

Sürtünme Hakkında..

Ya Sürtünme Olmasaydı?

Hep enerji kaybı olarak görülen sürtünme olmasaydı? Bütün mekanik işlerinizi %100 verim ile gerçekleştirebileceğinizi düşünüyorsanız, yanılıyorsunuz. Neden mi? Buyurun birlikte bakalım.

 Öncelikle sürtünme nedir, sürtünme kuvveti nedir onu tanımlayalım.

 Sürtünme Nedir?

Sürtünme, yüzeyler arasında pürüzlerin birbirleriyle olan etkileşimleri sonucu ortaya çıkan fiziksel bir niceliktir. Skaler bir nicelik olmakla birlikte, yönü vardır. Fakat siz ne iş yapıyorsanız mutlaka zıt yöndedir. Bu yüzden hep negatif değer alır ve enerji kayıplarına sebep olur. İstenmeyen bir durum olarak görülür. Fakat..

Arabaların hareket etmesini ve durmasını, hatta sizin dahi yürümenize olanak sağlayan nicelik sürtünmedir. Birimi ve boyutu yoktur. Fizikte “k” sabiti ile ifade edilir. 1 ile 0 arasında değer alır. [Sürtünme kuvveti = Yüzeye uygulanan kuvvet (mg) x Sürtünme sabiti (k) ]

Sürtünme kuvveti, birbiriyle etkileşim içinde olan yüzeylerin cinsine bağlıdır. Hareket başlatamaz.

Yer ile temas halindeki bir araç kendi motorunun gücüyle en fazla, yeryüzünde yer çekimi ivmesinin (g=9.81 m/s^2) sürtünme katsayısı ile çarpılması sonucu elde edilen ivme kadar ivmelenebilir. Sürtünme katsayısının en büyük değeri 1 olduğundan bir aracın maksimum ivmesi yer çekimi ivmesi kadar olabilir. Bu da g=a=9.81 m/s^2 dir

Eğer aracınızı yere daha fazla yapıştıracak bir kuvvet yoksa bu eşitlik geçerlidir. (Fazladan sürtünme gereken zamanlarda manyetik kuvvetlerle veya aerodinamik etkiyle bu iş yapılmaktadır.) Yani sizin altınızda Bugatti Veyron dahi olsa, maksimum ivmeniz 9.81 m/s^2 yi geçemez ki zaten, Bugatti Veyron’un 0–100 km arasını 2.83 saniyede gitmesini göz önünde bulundurursak, elde edilebilecek en yüksek ivme ile hareket ettiğini görürüz.

 Peki ya sürtünme olmasaydı?

Hiç bowling oynadınız mı? Bowlingte faul çizgisinden ileriye geçmek yasaktır. Zaten isteseniz de yürüyemezsiniz orada. Ahşap olarak gördüğünüz o zeminin sadece altı ahşaptır. Üzerinde 1mm den ince oldukça pürüzsüz (sürtünmesi çok düşük) bir kaplama vardır. Cilalı gibi görünmesinin sebebi de budur. Hatta yeterince hızlı attığınız bowling topunuz sürüklenme hareketi yapacaktır. Yuvarlanmaz. Çünkü yüzey  o kadar pürüzsüzdür ki, yuvarlanabilmesi için gereken sürtünmeye ulaşamaz.

Sürtünme olmasaydı, lastik ile yol arasında bir yol tutuşu olmayacağından Veyronun gaz pedalına sonuna kadar bassanız dahi, çekiş lastikleriniz sadece patinaj yapacaktır. Sürtünme olmadığında aracınızın ivmesini hesaplayalım.

Maksimum ivme hesabı;

M aracın kütlesi, a aracın ivmesi, g yer çekimi ivmesi, k sürtünme katsayısı.

M x g x k = M x a

Kütle önemsizdir, taraf tarafa gider. Elde kalan denklem g x k = a dır.

g=9.81, k = 0 alırsak, (sürtünme olmadığını varsayıp k yı 0 alıyoruz.)

a = 0 gelecektir. Yani aracınız dışarıdan başka bir kuvvete maruz kalmadıkça, kendi motorunun gücü ile ivmelenemez. Yukarıda da belirttiğim gibi, patinaj yapacaktır.

Benzer durum hız kazanmış bir aracın durması veya yavaşlaması halinde de ortaya çıkar. Zaten yağmurlu havalarda ıslak zemin üzerinde araçların daha zor durmasının sebebi de sürtünme katsayısının düşmesidir. Aynı olayı, buz tutmuş zeminde yürüdüğünüzü düşünürseniz yine fark edeceksiniz. Siz istediğiniz kadar gitmek için çabalayın, harcadığınız enerji size öteleme hareketi yerine patinaj yaptırır ;)

Ayrıca, araçlarınızda bulunan vantilatör kayışını hepiniz bilmektesiniz. O prensipte çalışan tüm kayışlı ve kasnaklı mekanizmalarda sürtünme sayesinde dönebilmektedir. Hiç trigger seti değiştiniz mi bilmem, fakat trigger kayışı sıkılırken 1–1,5 cm esneme payı bırakılır. Bunun sebebi, çok sıkarsanız kayış üzerindeki gerilim artmakla beraber, yatağına fazlasıyla baskı uygular ve krank milinin dönme momentinin büyük kısmını yer. Çok olmasa da çekişte güçten kayıp yaratır. Zaten kendi de o gerilime dayanamaz boyun verir ve kopar. Az sıkarsanız ise "sıyırır". Kayış sıyırması sonucu kranktan gelen dönme hareketi eksantrik miline tam olarak aktarılamaz, manifold zamanlamasında sıkıntı yaratacaktır. Yani, tüm kayış ve kasnaklarda tam istenen sürtünme oranı yakalanmalı. Aksi takdirde işiniz aksayacaktır.

Şimdi de frenleme mekanizmalarında sürtünme etkisine bakalım.

Bir açısal hıza sahip tekerleği yavaşlatmak için sürtünmeye ihtiyacımız olduğunu hepimiz biliyoruz. Fakat buradaki sorunda, güvenli frenleme ve tamamen durabilmedir. Frenlerinizin ürettiği fren kuvveti aracınızın kütlesine bölündüğünde aracınızın yavaşlama (fren) ivmesini bulursunuz. Eğer aracınızın yavaşlama ivmesi, yerle arasındaki sürtünme katsayısı ile yer çekimi ivmesinin çarpımından büyük olursa -tekerleğinizin dönmek için sürtünmeye ihtiyacı olduğunu da unutmayalım- bu kez tekerleriniz dönmeyi bırakıp kayma hareketi yapacaktır. Kayma durumunda ise, statik sürtünme katsayısı yaklaşık %30 bir azalma gösterecektir. Kaymaya başladığınız anda kinetik sürtünme ile yavaşlamaktasınızdır. Bu da normal seyir halindeyken maruz kaldığınız statik sürtünmeden az olduğundan fren mesafeniz uzayacaktır. Mühendisler bu sorunu ABS (Anti-Blockier System) ile çözmüşlerdir.

 ABS (Anti-Blockier System) Nedir?

 ABS, tekerleklerin her birinde açısal hız ve ivme takibi yapan sensörlerin ölçümledikleri bu değerleri elektronik bir işlemciye göndermesi ve işlemci tarafından yorumlanması sonucu, işlemcinin tekerlerin dönebilecekleri kadar bir ivme payı ve sürtünme bırakmasıyla çalışan bir sistemdir. 

Sadece gerektiği kadar fren ivmesi oluşturmanızı sağlar ve aracınızın kaymadan, kontrolünüzden çıkmadan güvenle durmasına yardımcı olur. Halk arasında yaygın olarak bilinen ‘ABS fren mesafesini uzatıyor’ söylemleri asılsızdır. Aksine, statik sürtünmeyi sonuna kadar kullanmanızı sağlar ve kaymadan durmanız, daha çabuk durmanız demektir.

Sürtünme sandığınız kadar kötü bir şey değilmiş öyle değil mi? :)

Okan Gençoğlu

Malzeme Bilimi ve 
Mühendisliği Öğrencisi