Theses supervised by Adem Yılmaz
16 theses · Batman University
Sürdürülebilir kentin planlanmasında yenilenebilir enerjinin kullanımı
Sanayi Devrimi’nden sonra hız kazanan makineleşme, insan ve çevre üzerinde oluşturduğu ciddi olumsuz etkileri azaltmak amacıyla kentleşme yaklaşımlarında yeni düşünce biçimleri geliştirilmiştir. Doğal kaynakların tükenmesi, fosil yakıt kullanımının artmasıyla yükselen karbon salınımı ve neoliberal kentleşme süreçleri, çevre sorunlarını derinleştirerek küresel krizlere ve iklim değişikliklerine yol açmıştır. Bu bağlamda sürdürülebilir kentsel planlama ve yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı kaçınılmaz hale gelmiştir. Sürdürülebilir kent kavramı, küresel sorunların devam etmemesi adına; doğa ve insanla uyumlu, kaynakların verimli kullanılması amacıyla ortaya çıkmıştır. Kentsel paradigma olarak kabul edilen sürdürülebilir kentler ve yenilenebilir enerji kullanımının ana hedefi; karbon salınımının azalması, iklim krizinin durdurulması ve enerji adaletinin sağlanmasıdır. Bu bağlamda sürdürülebilir kentler; fosil temelli enerji kullanımının minimize edildiği, kaynakların verimli kullanıldığı, sürdürülebilir ekonomik büyümenin ve yüksek refah düzeyinin sağlandığı, enerji adaleti ve demokrasisinin gözetildiği, topluluk katılımlı yönetim biçiminin benimsendiği bir kent modelidir. Bu çalışmada sürdürülebilir kentin özellikleri, avantajları, sınırlılıkları ve uygulanma biçimleri tartışılmıştır. Ekolojik modernizasyon, çevresel adalet, post-fordist kentleşme, enerji adaleti gibi teorilerle tartışma; çevresel, ekonomik ve sosyal bağlamda genişletilmiştir. Uygulanan kentsel politikaların sürdürülebilirlik kriterlerine ne ölçüde uyum sağladığı ve yenilenebilir enerji sistemlerinin kentlere nasıl entegre edilmesi gerektiği, araştırmanın cevap aradığı öncelikli sorulardır. Çalışmada günümüzdeki sürdürülebilir kent uygulamalarına ve ekolojik köylere yer verilmiştir. Sürdürülebilirliği farklı şekillerde uygulayan kentlerin incelemeleri çalışmada yer almaktadır. İncelenen dokuz kent aracılığıyla, net sıfır hedef sürecine yenilenebilir enerji kullanımının etkisi, net sıfır hedefleri, karşılaşılan zorluklar ve sosyal sürdürülebilirlik politikaları açısından ortaya çıkan sorunlar analiz edilecektir. Fosil temelli enerji kaynaklarından yenilenebilir enerji sistemlerinin kullanımına geçiş, karbon gazı salınımını azalttığı için çevresel sorunları hafifletmektedir. Ancak adil geçişin sağlanamaması, neoliberal yaklaşımlar ve yeşil rant nedeniyle kentsel sürdürülebilirlik kısıtlanmaktadır. Sürdürülebilir kentleşmenin mümkünlüğü, ancak toplum katılımlı sosyal ve ekonomik politikaların teknik bilgilerle desteklenmesiyle var olabileceği sonucuna varılmıştır. Neoliberal politikaların sürdürülebilir kentler üzerindeki etkileri eleştirel bir bakış açısıyla ele alınarak, kent politikalarının iyileştirilmesine yönelik daha adil ve ekolojik yaklaşımlar ile sürdürülebilir kentleri değerlendirme yaklaşımı sunulmuştur.
Mardin Su ve Kanalizasyon İdaresi’nin elektrik enerjisini güneş enerjisi santralinden karşılaması için PVsyt programı ile bir modelin oluşturulması ve yatırımın finansal analizi
Türkiye’de nüfusun büyük bir kısmı yerel yönetim sınırları içinde yaşamaktadır. Bu durum, enerji ihtiyacının karşılanması, enerji verimliliğinin sağlanması ve sürdürülebilir kentlerin tasarlanmasında yerel yönetimlerin merkezi yönetim kadar önemli bir rol üstlenmesi gerektiğini göstermektedir. Yerel yönetimlere bağlı su ve kanalizasyon idareleri, geniş hizmet alanları ve yüksek enerji maliyetleri nedeniyle enerji yönetiminde stratejik bir öneme sahiptir. Bu çalışma kapsamında Mardin Su ve Kanalizasyon İdaresi (MARSU) için elektrik enerjisinin güneş enerjisi santrali (GES) ile karşılanmasını amaçlayan bir model geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında, GES’in sistem tasarımı PVSyst programı ile gerçekleştirilmiş; üretim potansiyeli simüle edilmiş ve yatırımın farklı ödeme yöntemleri ile uygulanabilirliği analiz edilmiştir. Modelin uygulanmasıyla birlikte, enerji maliyetlerinin düşürülmesi, sürdürülebilir ve yenilenebilir bir enerji kaynağı sağlanması hedeflenmektedir. Ayrıca, bu proje yerli ve yenilenebilir enerji kullanımını teşvik ederek bölgesel elektrik altyapısının güçlendirilmesine ve arz güvenliğine katkıda bulunacaktır. Çalışma sonuçları, önerilen modelin teknik ve finansal açıdan uygulanabilir olduğunu ortaya koymaktadır.
Birden fazla delikli dairesel kesitli türbülatörlerin ısıl performans parametrelerinin araştırılması
Dairesel kesitli türbülatörler, endüstriyel ısı değiştiriciler ve boru sistemlerinde sıklıkla kullanılan önemli bileşenlerdir. Bu tür türbülatörler, akışkanın hareketi sırasında türbülans oluşturarak ısı transferini artırmaya ve akış direncini değiştirmeye yönelik olarak tasarlanmıştır. Dairesel kesitli türbülatörler, genellikle boru içine yerleştirilen ve akışkanın akış yönünde veya karşı yönde hareket eden kanatçıklardan oluşur. Bu çalışmada, dairesel kesitli türbülatörlerin tanımı, işlevi, tasarımı, uygulamaları ve performansı hakkında detaylı bir bilgilendirme sunulacaktır. Dairesel kesitli türbülatörlerin temel amacı, boru içindeki akışkanın akış özelliklerini değiştirerek ısı transferini artırmak ve enerji verimliliğini artırmaktır. Bu tür türbülatörler, borunun iç yüzeyine monte edilir ve akışkanın hareketi sırasında türbülans oluşturarak ısı transferini artırır. Bu türbülatörler genellikle metal veya plastik malzemelerden imal edilir ve çeşitli geometrik yapılarla tasarlanabilir. Dairesel kesitli türbülatörlerin tasarımı, ısı transferi performansı üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Türbülatör kanatçıklarının boyutu, şekli, aralığı ve eğimi gibi faktörler, akışkanın akışını ve türbülans oluşturma kapasitesini belirler. Optimum tasarlanmış bir türbülatör, boru içindeki akışkanın türbülans seviyesini artırırken, aynı zamanda akış direncini minimize ederek enerji verimliliğini artırır. Dairesel kesitli türbülatörlerin uygulama alanları oldukça geniştir. Bunlar endüstriyel ısı değiştiriciler, kazanlar, boru hatları, buhar jeneratörleri, soğutma sistemleri ve havalandırma sistemleri gibi birçok farklı uygulamada kullanılır. Özellikle yüksek ısı transferi gerektiren endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak tercih edilirler. Dairesel kesitli türbülatörlerin performansı, ısı transferi ve basınç kaybı gibi önemli parametrelerle değerlendirilir. İyi bir türbülatör tasarımı, yüksek ısı transferi sağlarken, akış direncini minimize eder ve enerji verimliliğini artırır. Bu nedenle, türbülatörlerin performansını değerlendirmek için deneysel ve sayısal analizler sıklıkla kullanılır. Dairesel kesitli türbülatörlerin performansı üzerine yapılan araştırmaların birçoğu, farklı türbülatör tasarımlarının ısı transferi ve basınç kaybı üzerindeki etkilerini incelemiştir. Bu çalışmalar, türbülatör tasarımının ısı transferi performansı üzerindeki etkilerini anlamamıza yardımcı olur ve daha etkili türbülatör tasarımlarının geliştirilmesine olanak tanır. Sonuç olarak, dairesel kesitli türbülatörler, endüstriyel ısı değiştiriciler ve boru sistemlerinde kullanılan önemli bir bileşendir. İyi tasarlanmış ve optimal bir şekilde kullanılan türbülatörler, enerji verimliliğini artırabilir ve işletme maliyetlerini azaltabilir. Bu nedenle, türbülatörlerin tasarımı ve performansı üzerine yapılan araştırmaların önemi oldukça büyüktür ve gelecekte de bu alandaki çalışmaların devam etmesi beklenmektedir.
Güneş enerjisi santralinin simülasyon ile gerçek verilerinin karşılaştırılması ve mevsimsel faktörler ile ilişkilendirilmesi: Batman ili örneği
Güneş, gezegenlere ve evrene ısı, ışık veren büyük bir gök cisimdir. İnsan hayatı içinde oldukça önemli bir etkiye sahiptir. Çünkü güneşten yayılan enerji dünya üzerindeki yaşamın neredeyse tamamının var oluşuna katkısı oldukça büyüktür. Güneşten gelen bu enerji yani güneş enerjisi insan hayatında iklim, hava durumu gibi benzeri faktörleri direk olarak etkilemektedir, şüphesiz bu faktörler de insanoğlu yaşamına da yansımaktadır. Güneş enerjisi var olan enerjiler içerisinde doğal ve çevre dostu olan kaynaklardan biridir. Bu nedenden ötürü yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde de hem sınırsız ve tükenmeyen bir kaynak olması hem de temiz, güvenli ve diğer kaynaklara bağımlılığı azaltması açısından en çok tercih edilen kaynaklardandır. Dünya üzerinde bulunan nüfus sayısının artması ile birlikte var olan yenilenemez enerji kaynakları yani petrol, doğalgaz, nükleer gibi kaynakların devamlılığı sağlanamayacağı düşüncesi ile insanlar zamanla güneş enerjisi gibi sınırı olmayan yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelmişlerdir. Yenilenebilir enerji kaynaklarından olan güneş enerjisi sisteminin kullanımı modern dönemde güneş enerjisi santralleri ile de yapılmaktadır. Bahse konu bu çalışmamızda Batman ilinin merkez ilçesine bağlı Çevrimova Köyü’nde kurulan güneş enerjisi santrallerinin gerçek verileri ile simülasyon verilerinin karşılaştırılmasının yapılması ve Batman iline ait sıcaklık değerleri, global güneş radyasyon değerlerinin de çalışmanın içine dahil edilmesi suretiyle var olan güneş enerjisi santrallerinin bahse konu veriler ile ilişkilendirmesini ortaya koymak amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ele aldığımız projenin 2018-2023 yılları ve arasındaki zaman dilimleri de dahil edilerek güneş enerjisi santralleri yatırımlarının enerji analizi gibi faktörlerde genellikle kullandıkları PVsyst 7.4 simülasyon programının etkisiyle ortaya çıkan verilerin gerçek analiz verilerine uygunluğunun belirlenmesi bu çalışmanın temelinde yatan yöntemdir. Ayrıca Batman ilinin seçilmesinin bir diğer faktörü de bölge ikliminin karasal iklime sahip olması ve yaz aylarının sıcak ve kurak, kış aylarının ise soğuk ve yağışlı geçmesinden dolayı güneş enerji santrali sisteminin Batman iline olan uygunluğunun belirlenmek istenmesidir.
Farklı faz değiştiren malzemelerle kaplanmış güneş panelinin soğutulması ve enerji üretiminde verimlilik farkının incelenmesi
Bu tez çalışması; Batman ili iklim şartlarında birbirinden farklı faz değiştiren malzemeler kullanılarak 110 W Monokristal güneş paneli üzerindeki ısı ve verim hesaplamalarının deneysel karşılaştırılması yapılmıştır. Batman üniversitesi Batı Raman Kampüsünde kurulan deney düzeneği farklı gün ve saat aralıklarıyla sıcaklık miktarlarının ve FDM’lerin (faz değiştiren malzemelerin) güneş panelinden elde edilen enerji miktarına etki eden parametreler deneysel olarak incelenmiştir. Güneş radyasyonu, panel sıcaklıkları ve ortam sıcaklığı ölçülmüştür. Elde edilen verilerin analizi sonucunda panel üzerindeki verim hareketliliği incelenmiştir. 3 panelin arka yüzeyine montajlanan cam muhafaza içerisine eklenmiş üç farklı FDM malzemesi ile FV sistem soğutulmuştur. Her üç fotovoltaik panelin, arka yüzeyine ayrı ayrı FDM çeşitleri eklenmiştir. Parafin, Yağ Asidi ve Tuz Hidrat FDM’leri eklenerek soğutma yapılmıştır. Bir adet fotovoltaik paneli de ortam koşullarında bulunan bir panelin durumunu gözlemlemek ve referans olarak almak için olarak boş bırakılmıştır. Panel yüzeyine yerleştirilen üç farklı yüzey sıcaklıkları, ortam sıcaklığı ve giriş çıkış sıcaklıkları alınmış ve zamana bağlı olarak oluşan güç, akım ve volt değerleri kaydedilmiştir. Deney düzeneğinde kullanılan tüm panellerin maksimum güç oranları hesaplanmıştır. Deney analizleri sonucunda; Parafin kullanılan panelde %11,34, Tuz Hidrat kullanılan panelde %17,22, Yağ Asidi kullanılan panelde ise %30 güç üretimi fazlalığı bulunmuştur. Her üç panel de aynı özelliklere sahip olmasına rağmen oluşan farklılıklar deney sonucunda etkisini göstermiştir. Hesaplamalar sonucunda elektriksel verimin her panelde farklılık gösterdiği ölçülmüştür. FDM’ler eklenmeden önce elde edilen verilere göre; Parafin kullanılan panelin elektriksel verimi %9,2 iken parafin eklendikten sonra %9,7 olarak hesaplanmıştır. Tuz Hidrat kullanılan panelin elektriksel verimi %8,4 iken Tuz Hidrat eklendikten sonra elektriksel verimi %9,4 ve Yağ Asidi kullanılan panelin elektriksel verimi %6,6 iken Yağ Asidi eklendikten sonra elektriksel verimi %8,1 olarak bulunmuştur. Yapılan deneyde soğutma yapılan Parafin kaplı güneş panelinde 16℃, Tuz Hidrat kaplı panelde 11℃, Yağ Asidi ile kaplanmış panelde ise 13℃ sıcaklık farkı ölçülmüştür. Deneylerin sonucunda güneş panellerinde meydana gelen ortalama sıcaklık farkı en yüksek Yağ Asidi FDM’si ile 4. güneş panelinde 13℃ miktarda olmuştur. Farklı FDM’ler ile kaplı olan üç güneş panelinin de anlık ve günlük ortalama verim değerlerini arttırdığı gözlemlenmiştir. Ortalama en yüksek verim değerlerine bakıldığında; %30 güç artışı ile Yağ Asidi FDM olduğu görülmüştür.
Tasarlanan güneş enerjisi destekli kurutma sisteminde ananas kurutulmasının deneysel incelenmesi
Kurutma, ürün raf ömrünün uzatılması, nakliye ve depolama, besin ve ambalaj kaybı olmaksızın taşınması gibi avantajları nedeniyle tarım ürünlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tarım ürünlerini kurutmak için ekonomiktir, yüksek teknoloji gerektirmez, işletme ve bakım maliyetleri son derece düşüktür, yenilenebilir enerji kullanır, temiz ve çevre dostudur. Solar kurutma sistemleri üstünlüklerinden dolayı sıklıkla kullanılmaktadır. Bu çalışmada tasarlanan prototip bir kurutma kabında havalı güneş kolektörü kullanılarak ananas gıdasının kurutma işlemi yapılmıştır. Açık havada (ortalama 35-39 °C), 50 °C de, 60 °C de ve 70 °C de olmak üzere toplam dört farklı kuruma yöntemi incelenmiştir. Ananaslar ellişer gram olacak şekilde dilimlere ayrılmış olup kurutma alanlarına yerleştirilmiştir. Düzenli aralıklarla 30 dakikada bir ölçüm yapılmıştır. Elde edilen verilere dayanarak açık havada ve fırında farklı sıcaklıklarda gerçekleştirilen kuruma işlemi incelenmiştir. Sonuç olarak ananas gıdasının yaklaşık %85-87’sinin sıvı olduğu kurutma işlemi sonunda 50 gr ananasların ağırlığının 6.5 gr’a düştüğü gözlemlenmiştir. Kurutma işlemi boyunca en çok sıvı kaybının ilk saatler gerçekleştiği ve en büyük ağırlık farklarının ilk saatlerde oluştuğu gözlemlenmiştir. Açık havada gerçekleşen kuruma işlemine nazaran kurutma kabında farklı sıcaklıklarda gerçekleşen kuruma işlemlerinin daha hijyenik ve süre anlamında daha kısa olduğuna karar verilmiştir. Alınan ölçümlerden elde edilen verilerle yüzdelik nem değişimi, nem oranı ve nem içeriği hesaplanmıştır. Deney başlangıcında yüzdelik nem değişim oranı %87 iken deney sonucunda bu oran %3-4 arasında değişiklik göstermiştir. Aynı şekilde deney başlangıcında nem oranı 1 ve nem içeriği 6.69 olarak kabul ediliyorken deney sonucunda ise nem oranı 0.01 nem içeriği 0.04-0.08 arasında değişiklik gösterdiği gözlemlenmiştir. Tasarlanan gıda kurutma fırınında yapılan ananas gıdası kurutma işleminde geleneksel kurutma işlemine göre 70 °C’de %50, 60 °C’de %28 ve 50 °C’de 12.5 verim artışı olduğu hesaplanmıştır.
Farklı malzemelerden üretilen türbülatörlerin ısı kazancına etkisinin deneysel analizi
Enerji, değişen ve gelişen dünyamızda insanlık için büyük önem arz etmektedir. Var olan enerji kaynaklarımızın hızlı tükenmesi ve fosil yakıtların çevreye verdiği zararlar insanları yeni enerji kaynakları bulmaya ya da elindeki kaynakları daha verimli kullanmaya sevk etmiştir. Buna bağlı olarak günümüzde kullanılmakta olan sistemlerde enerjiyi daha verimli kullanmak adına ısı transferi uygulamalarından yararlanılmaktadır. Eşanjörler veya ısı değiştiriciler bir akışkandan başka bir akışkana ısı transferi için kullanılan cihazlardır. Genel olarak; ısıtma, soğutma, kimya endüstrisi ve enerji santrallerinde kullanılmaktadır. Isı değiştiricileri, ısı değiştirici türlerine göre direkt temaslı ve direkt temaslı olmayan tip olarak iki kısımda incelenir. Akışkanların direkt temasta bulunduğu ısı değiştiricileri; bu tür ısı değiştiricilerinde farklı sıcaklıklardaki akışkanların ya da bir akışkan ile katı tür maddelerin birbirleriyle direkt karıştırılır veya temasta bulundurulurlar. Endüstriyel işlemler neticesinde ortaya çıkmış ısının atılması amacıyla uygulamalarda sıklıkla kullanılmakta olan soğutma kuleleri bu tür ısı değiştiricilerine iyi bir örnek teşkil eder. Akışkanların direkt temasta bulunmadığı ısı değiştiricileri; bu tür ısı değiştiricilerinde öncelikle sıcak olan akışkandan iki akışkanı birbirinden ayıran yüzeye ya da bir kütleye geçirilir. Sonrasında bu ısı, bu yüzeylerden veya kütlelerden soğuk olan akışkana iletilir. Bu tez çalışmasında düz bir bakır boru içerisinde ısı transferini arttırmak amacıyla, boru içerisinde boydan boya uzanan mil üzerine 0.5mm kalınlıklara sahip, bakır, alüminyum ve çelik sac tabakalarından yapılmış pervaneler vasıtası ile ısı transferini arttırmak hedeflenmiştir. Sistemde akışkan olarak buhar ve hava kullanılmıştır. Su, sistemin alt kısmında bir depoda ısıtılıp üst kısımdaki türbülatöre borular vasıtası ile buhar olarak gönderilmiştir. Hava akışının hızlı bir şekilde ısı değiştiricilere verilebilmesi için fan kullanılarak zorlanmış taşınım yapılmıştır. Türbülatörsüz olarak alınan deneylere oranla, başta 3cm aralıkta %111, başta 6cm aralıkta %112, başta 9cm aralıkta %128,8, başta 12cm aralıkta %121,6, başta 15cm aralıkta %132, ortada 3cm aralıkta %121,6, ortada 6 cm aralıkta %124,8, ortada 9cm aralıkta %119,2, ortada 12cm aralıkta %116,8, ortada 15cm aralıkta %121,6, sonda 3cm aralıkta %88, sonda 6cm aralıkta %76, sonda 9cm aralıkta %107,2, sonda 12cm aralıkta %111,2, sonda 15cm aralıkta %121,6, artışlar olduğu tespit edilmiştir. Deney sonuçlarına göre, Bakır, Alüminyum ve Çelik saclardan imal edilmiş türbülatörlerin ısıl verimleri, basınç kayıpları ve sürtünme faktörleri hesaplanarak grafikler çizilmiştir.
Levha tipi türbülatörlerin ısı transferi ve akış karakteristiğinin deneysel olarak incelenmesi
Son dönemde teknolojinin hızla ilerlemesi ve gelişmesi, enerji konusunun giderek artan bir öneme sahip olmasına neden olmuştur. Enerjinin üretimi ve verimli bir şekilde kullanılması, fosil yakıtlar ve diğer kaynaklar üzerindeki baskılar göz önüne alındığında son derece kritik hale gelmiştir. Enerji kaynaklarının coğrafi olarak farklı bölgelere dağılımı ve bu bölgelerdeki istikrarsızlık faktörleri, enerji üretimi ve verimli kullanımı açısından daha da önemli hale gelmiştir. Artan enerji maliyetleri, insanları alternatif enerji üretim yöntemlerine yönlendirmiş ve enerji tüketiminde verimlilik artışı sağlama arayışına yöneltmiştir. Sanayi ve konutlarda kullanılan buhar ve sıcak su kazanları gibi sistemlerde, enerji kayıplarının büyük bir kısmı yüksek sıcaklıktaki baca gazının atmosfere atılmasıyla gerçekleşmektedir. Isı transferi için kullanılan ısı değiştiriciler ve eşanjörler, ısıtma-soğutma sistemlerinde ve enerji santrallerinde yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Isı değiştiriciler, su, hava ve gaz gibi doğrudan veya dolaylı temaslı olabilen tipleri içermektedir. Bu noktada, farklı türbülatör yöntemleri kullanılarak ısı değiştiricilerinin verimliliği üzerine araştırmalar yapılmaktadır. Türbülatörler, baca gazı aracılığıyla dışarı atılan enerjinin kazan suyuna geri verilmesini sağlar. Duman borularından geçen baca gazının türbülansını artırarak geçiş hızını azaltır ve temas yüzeyini genişleterek, baca gazının taşıdığı ısıyı kazan suyuna aktarır. Günümüzde türbülatörler, bakır, alüminyum, galvaniz ve çelik gibi çeşitli malzemelerden ve kullanım amacına bağlı olarak farklı açılara sahip olarak üretilmektedir. Bu çalışmada, ısı transfer verimini artırmak amacıyla bakır borular içerisine farklı malzemelerden yapılmış levha ve spiral sac yerleştirilmiştir. Bu sistemde buhar ve hava akışkanları kullanılmıştır. Deneyin yapıldığı sistemde, ısıtılan su alt kısımdaki depoda tutulmuş ve boru aracılığıyla buhar olarak üst kısımda bulunan türbülatöre gönderilmiştir. Hava akış hızını değiştirebilmek için deney sisteminde bir fan kullanılmıştır. Türbülatörlü ve boş borulu deneyler gerçekleştirilmiştir. Galvaniz levha için yapılan hesaplamalarda, 2,5 m/s hızda en yüksek verim %23 olarak elde edilmiştir. Galvaniz spiral levha için yapılan hesaplamalarda ise 2,5 m/s hızda en yüksek verim %27 olarak elde edilmiştir. Paslanmaz çelik levha kullanıldığında ise 3,9 m/s hızda en yüksek verim %22 olarak belirlenmiştir. Paslanmaz çelik spiral levha kullanıldığında da 3,9 m/s hızda en yüksek verim %22 olarak tespit edilmiştir.
Batman ili iklim şartlarında toprak kaynaklı ısı pompası için enerji ve ekserji analizi
Bu çalışmada yatay tip toprak kaynaklı ısı pompasının Batman ili iklim şartlarında enerji ve ekserji özellikleri deneysel olarak araştırılmıştır. Bu amaçla Batman’da, Batman Üniversitesi Batı Raman kampüsünde yerleştirilen konteyner içerisine toprak kaynaklı ısı pompası ve çevresindeki toprak zemine toprakaltı devresi kurulmuştur. Batman Meteoroloji Müdürlüğünden 2016-2021 yılları arası 5-10-20-50- 100cm toprak kalınlıklarının maksimum sıcaklık değerleri alınmıştır. Aralık ayı boyunca yapılan deneysel ölçümler sonucunda 2m derinliğinde toprak sıcaklığının ortalama 21°C olduğu ölçülmüştür. Topraktan ısı çekilip, sistemin çalışması için 600m uzunluğunda toprak ısı değiştirici boruları 2m derinliğe yerleştirilmiştir. Deneyler sırasında iç ortam sıcaklığı, dış ortam sıcaklığı, su (%90)-monoetilen glikol (%10) karışımının buharlaştırıcıya giriş çıkış sıcaklığı, soğutucu akışkanın ısı pompası elemanlarına giriş çıkış sıcaklıkları, ısıtma suyunun radyatörlere gidiş ve dönüş sıcaklıkları ölçülmüştür. Ayrıca kompresör giriş ve çıkış basınçları, su-monoetilen glikol karışımının ve ısıtma suyunun debisi ve güç tüketimleri de ayrıca ölçülmüştür. 2 Aralık günü yapılan deneylerde en yüksek COPıp değeri 2,43, 3 Aralık günü ise en yüksek COPıp değeri 2,40, 4 Aralık günü en yüksek COPıp değeri 2,36 olarak hesaplanmıştır. 2 Aralık günü yapılan deneylerde maksimum COPsis değeri 2,26, 3 Aralık en yüksek COPsis değeri 2,23, 4 Aralık günü en yüksek COPsis değeri 2,20 olarak hesaplanmıştır. Sistem elemanları ile ilgili ekserji analizi sonuçlarına göre ekserji kaybı değerleri; en yüksek akümülasyon tankında 0,84kW daha sonra sırasıyla kompresörde 0,45kW, evaporatörde 0,26kW, radyatörde 0,23kW, kondenserde 0,219kW olarak hesaplanmıştır. Isı pompası ekserji verimi %36,17, TKIP sistem verimi ise %33,6 olarak hesaplanmıştır.
İç yüzey geometrisi farklı, kanatçık yapıda tasarlanmış hava ısıtmalı güneş kollektörlerinin ısıl performansının deneysel analizi
Bu tez çalışması Batman ili iklim şartlarında farklı kanatçık yapıda tasarlanan 4 adet hava ısıtmalı güneş kollektörlerinin değişken hava hızlarındaki (1m/s - 1,5m/s - 2m/s - 2,5m/s - 3m/s - 3,5m/s ve 4m/s) ısıl performanslarının deneysel karşılaştırılması yapılmıştır. Batman üniversitesi Batı Raman Kampüsünde kurulan deney düzeneği farklı gün ve hava hızlarında ısıl performansa etki eden parametreler sayısal olarak incelenmiştir. Yapılan deneylerin sonucunda kollektörlerde meydana gelen ortalama sıcaklık farkı en yüksek 1,5m/s hava hızında 540C ile Alüminyum kutulu-metal talaşlı havalı güneş kollektöründe (HGK-3) olmuştur. 1m/s ile 4m/s arasındaki hava hızlarındaki artış miktarı, tüm kollektörlerin anlık ve günlük ortalama verim değerlerini arttırdığı gözlemlenmiştir. Ortalama en yüksek verim değerlerine bakıldığında; hava hızı 1m/s için verim değeri %21 ile Alüminyum kutulu (HGK-1) kollektöründe, 1,5m/s hava hızı için verim değeri %31 ile Alüminyum kutulu-metal talaşlı (HGK-3) kollektöründe, 2m/s - 2,5m/s - 3m/s ve 3,5m/s hava hızları için verim değerleri sırasıyla %35, %43, %45 ve %53 ile Alüminyum kutulu (HGK-1) kollektöründe ve 4m/s hava hızı için verim değeri ise %51 ile Alüminyum kutulu-parafinli (HGK-4) kollektöründe olduğu görülmüştür.
Fotovoltaik panellerde ısınma kaynaklı kayıpları azaltmak için panel yüzeylerinin farklı tasarımlarla soğutulması ve sonuçların analizi
Bu tez çalışmasında fotovoltaik panellerde ısı kaynaklı kayıpları azaltmak ve panel verimini arttırmak için panellerin ön yüzeylerinden ve arka yüzeylerinden kurulan deney düzenekleri ile soğuk su geçişleri sağlanmıştır. Panellerin alt ve üst yüzey sıcaklılarının farklı su debileri ile soğutulması sağlanmış olup elde edilen maksimum güç değerleri (Akım(A), Voltaj(V) ve Güç(W)) ölçülüp elde edilen verilerin karşılaştırılması yapılmıştır. Ayrıca dış ortamın zamana bağlı sıcaklık değerleri ve güneş ışığı radyasyon değerleri de ölçülmüştür. Elde edilen verilerin analizi ve panel verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. Deneyler açık alanda kurulan düzenekler ile üniversite kampüsünde yapılmıştır. Deney için üç adet 40W’lık PV panel kullanılmıştır. Panellerden birinin ön yüzeyi çift cam arasından geçirilen soğuk su ile soğutulmuş. Bir diğeri ise arka yüzeyinden çift cam arasından geçirilen soğuk su ile soğutulmuş. Üçüncü panel ise kontrol ve karşılaştırma amaçlı olarak boş bırakılmıştır. Ortam sıcaklıkları ve panellerin farklı yüzey sıcaklıkları ile su giriş ve çıkış sıcaklıklarının ölçümleri yapılmış ve zamana bağlı olarak oluşan maksimum güç, akım ve volt değerleri kayıt altına alınmıştır. Sonuçlara göre panelin arka yüzeyden su ile soğutulması panel verimine ortalama %1.57 ile %4.87 oranlarında olumlu etki ettiği gözlenmiştir. Bununla birlikte debi 0.25lt/dk iken panel yüzey sıcaklıkları 2_60C arasında, debi 0.5lt/dk iken panel yüzey sıcaklıkları 2-80C arasında, debi 1lt/dk iken panel yüzey sıcaklıkları 3-100C arasında düşürülmüştür. Özellikle radyasyon değerinin 1000W/m2 ve üzeri değerlerinde soğutulan panellerin veriminin arttığı gözlenmiştir. Deney sonucuna göre üretilen enerjinin sistem maliyeti, su akışı için gerekli olan enerji kayıpları dikkate alındığında PV panellerinin arka yüzeyden su ile soğutulmasının panel verimine olumlu katkısı olacağı görülmüştür.
Farklı tasarımlara sahip hava akışkanlı güneş kollektörlerinin deneysel analizi
Günümüzde enerji elde etmek için çok farklı çalışmalar yapılmaktadır. Yapılan bu çalışmalar genelde yenilenebilir enerji kaynakları üzerinde olmaktadır. Çünkü yenilenebilir enerji kaynakları hem çevreye zarar vermez hem de sürekli enerji kaynağıdır. Yenilenebilir enerji kaynakları: Rüzgâr enerjisi, Jeotermal enerji, Güneş Enerjisi vb. şeklinde sıralanabilir. Bu kaynaklardan elde edilen enerjinin doğa üzerinde olumsuz bir etkisi yoktur. Bundan dolayı petrol türevli yakıtların atmosfere vermiş olduğu tahribat yenilenebilir enerji sayesinde önlenmiş olacaktır. Bu çalışmada içyapısı farklı şekilde tasarlanan üç farklı havalı güneş kollektörünün kıyaslanması 41o’açıda ve 3m/s ile 6,5m/s hava hızında çalıştırılarak deneyler yapılmıştır. Birinci kollektör herhangi bir işlem yapılmamış olup düz plaka sacdan oluşan geleneksel bir havalı güneş kollektörü tipidir. İkinci kollektörde havanın ısı transferini artırmak için atık kola kutuları seri bir şekilde tasarlanarak yerleştirilmiştir. Üçüncü kollektör ise atık kutuların paralel bir şekilde tasarlanmasıyla oluşturulmuştur. Kola kutularından imal edilen kollektörlerimizin ısıyı daha iyi emmesi için siyah mat boya ile boyanmıştır. Boruların altına monte edilen yalıtım malzemesi ise kendisinden yansıyacak olan ışınları borulara vereceği düşünülerek parlak bırakılmıştır, bu sayede birim yüzeye gelecek güneş ışınının daha fazla olacağı düşünülmüştür. Yapılan deneyler sonucunda düz yüzeyli havalı güneş kollektöründe 6,5m/s kütlesel debide en yüksek sıcaklık 88oC olarak elde edilirken, kola kutularından tasarlanan seri bağlantılı havalı güneş kollektörünün en yüksek sıcaklığı 101oC, paralel bağlantılı havalı güneş kollektöründe ise en yüksek sıcaklık 97oC olarak tespit edilmiştir. 20 Ağustos 2021 tarihinde 3m/s kütlesel debide düz yüzeyli kollektörde sıcaklık 101oC olarak ölçülmüş, seri kollektörde elde edilen en yüksek sıcaklık 101oC olarak ölçüldü. Paralel bağlantılı kollektörde ise sıcaklık 110oC olarak ölçüldüğü görüldü. 15 Ağustos 2021 tarihinde 6,5m/s kütlesel debide yapılan ölçümlerde giriş ve çıkış sıcaklık farklarına bakıldığında ise saat 09:00’da alınan verilerde, düz kollektörde sıcaklık farkının 23oC, paralel kollektörde 33oC ve seri kollektörde sıcaklık farkının 35oC olduğu görüldü. Düz kollektörde maksimum sıcaklık farkının saat 12:20’de 30oC olduğu, paralel kollektörde maksimum sıcaklık farkı saat 12:00’ da 56oC olduğu ve seri kollektörde ise maksimum sıcaklık farkı 11:40’da 56oC olduğu görüldü. Saat 16:00’da ise düz kollektörde sıcaklık farkının 27oC, paralel kollektörde 19oC ve seri kollektörde sıcaklık farkının 37oC olduğu gözlemlendi. 20 Ağustos 2021 tarihinde 3m/s hızda yapılan ölçümlerde ise saat 09:00’da yapılan ölçümlerde düz kollektörde sıcaklık farkı 33 oC, seri kollektörde sıcaklık farkı 35oC paralel kollektörde oluşan sıcaklık farkı ise 33oC olarak ölçüldü. Düz kollektörde maksimum farkı saat 12:40’da olduğu, paralel kollektörde maksimum sıcaklık farkı saat 11:20’de 68oC olduğu ve seri kollektörde ise maksimum farkın 11:00’da 59oC olduğu görüldü. Saat 16:00’da ise düz kollektörde sıcaklık farkının 33oC, paralel kollektörde 50oC ve seri kollektörde sıcaklık farkının 35oC olduğu gözlemlendi. Elde edilen sonuçlara göre sistem 6,5m/s hızda çalıştırıldığında seri kollektör daha iyi sonuçlar verirken, 3m/s hızda çalıştırıldığında paralel kollektörün daha iyi sonuçlar verdiği görüldü. Yapılan hesaplamalar sonucunda ise 6.5m/s hızda en iyi verimi seri kollektör verirken, 3m/s hızda ise en iyi verimi paralel kollektör vermiştir.
Yakıt hücresinde hidrojen tüketiminin zamana bağlı değişiminin incelenmesi
Günümüzde gün geçtikçe artan enerji ihtiyacı, fosil yakıtların giderek azalması ve fosil yakıtların enerji üretiminde kullanılmaları neden olduğu olumsuz çevresel etkiler nedeniyle artık yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması kaçınılmaz bir duruma gelmiştir. Yakıt pili bir elektrolit ve iki elektrottan oluşur. Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren bir cihaz olup elektrotlarda meydana gelen kimyasal reaksiyonlar ile elektriği üretir. Yanma olmaksızın elektrik üretildiği için daha az kirlilik meydana gelmektedir. Bu çalışmada 3x3cm ebatlarında ve 8 adet hücreden oluşan yakıt pili kullanılmıştır. Yakıt hücresi çeşidi olarak Polimer Elektrolit Mebran Yakıt Hücresindeki (PEMYP) kütlesel olarak kullanılan hidrojenin zamana bağlı olarak ürettiği güç ve enerji ölçüm cihazlarıyla tespit edilmiştir. Deneyler esnasında nem %60, hat sıcaklığı 70°C, hücre sıcaklığı 41°C’de sabitlenerek deneyler yapılmıştır. Çalışmada yakıt hücresinin H2 ve O2 değerleri ayrı ayrı 0,1 - 1ml/dk aralığında değiştirilerek elde edilecek güç hesaplanmıştır. Tek hücreden H2 debisi 0,2ml/dk, O2 ise 0,4ml/dk değerinde 1,065W değerinde güç elde edilmiştir. Veriler ışığında denklemlerden elde edilen bulgular kullanılarak grafikler çizilip, yorum ve tartışmaya sunulmuştur
Sıcaklığa bağlı olarak polimer elektrolit membran yakıt hücresinin performans analizi
Günümüzde fosil enerji kaynaklarının günden güne azalmaya başlaması ve bu kaynakların çevreye vermiş oldukları olumsuz etkilerinden dolayı çevreyle dost olan yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı önem kazanmaya başlamıştır. Son dönemlerde yenilenebilir enerji kaynakları içerisinde yer alan hidrojen enerjisi ön plana çıkmaktadır ve yaygınlaşmaktadır. Hidrojen enerjisi üzerine çalışmalar en çok yakıt hücreleri konusunda yapılmaktadır. Yakıt hücresi içerisinde özellikle, yüksek verime ve düşük sıcaklıklarda da çalışabilen PEM yakıt hücreleri ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada, Polimer Elektrolit Membran (PEM) yakıt hücresinde kullanılan yakıtların sıcaklık değerleri tespit edilerek, bu yakıtlar için en ideal sıcaklık aralıkları elde edilmiştir. Anot ve katot kısımlarında saf hidrojen ve oksijen kullanılmıştır. Yapılan bu çalışmada nem %40, hidrojen miktarı 0,3 ml/dk, oksijen miktarı 0,5ml/dk olarak alınmıştır. Sistem de ki hat sıcaklık değerleri de 40°C - 45°C - 50°C - 55°C - 60°C - 65°C - 70°C - 75°C - 80°C olarak deneyler yapılmıştır. Yapılan deneylerde 40°C' de, volt değeri 0,442V, akım değeri 1,81A olarak alındığında sistemde elde edilen güç değeri 0,804W olduğu bulunmuştur. Yapılan deneyde 75°C' de, akım değeri 1,8A, volt değeri 0,535V alındığında sistemdeki güç değeri 1,025W bulunmuştur. En düşük W değeri 0,804W olarak 40°C' de, en yüksek W değeri 1,025W olarak 75°C' de hesaplanmıştır. Yakıt hücresi performansına etki eden faktörler deneysel olarak incelenip tablo ve grafiklerle sunulmuş olup, bu etkilerin sebepleri tartışılmıştır.
Isı borusu kullanılan türbülatörlerin ısı transferlerine olan etkisinin deneysel analizi
Günümüzde kullanılan sistemler, enerjiyi daha verimli kullanmak için ısı transfer uygulamalarını kullanır. Isı eşanjörü, ısıyı bir sıvıdan diğerine aktarmak için kullanılan bir cihazdır. Isı eşanjörü genellikle soğutma, ısıtma, enerji santrallerinde ve kimya endüstrisinde kullanılır. Isı değiştiriciler, ısı değiştirici tipine göre direkt temaslı ve direkt olmayan temaslı olmak üzere iki kısımda ele alınmaktadır. Doğrudan sıvı teması olan bir ısı eşanjöründe farklı sıcaklıklarda bulunan akışkanların veya herhangi bir akışkan ve katı malzemeleri doğrudan karıştırır veya temas ettirir. Böyle bir ısı eşanjörüne iyi bir örnek, genellikle endüstriyel prosesler tarafından üretilen ısıyı uzaklaştırmak için kullanılan bir soğutma kulesidir. Doğrudan sıvı teması olmayan bir ısı eşanjöründe ise sıcak akışkan önce iki akışkanı ayıran bir yüzeye veya kütleye yönlendirilir. Bu ısı, bu yüzeylerden veya kütlelerden soğuk akışkana aktarılır. Yapılan bu çalışma bakır boru içerisinde ısı transferini arttırmak amacıyla, boru içerisinde mil kullanılması amaçlanmıştır. Bakır boru ve ısı borusu tabakalarından yapılan türbülatörler sayesinde ısı transferinin arttırılması sağlanmıştır. Deney sonuçlarına göre, bakır ve ısı borusu ile imal edilen türbülatörlerin etkisi incelenmiştir. 16 farklı hava akış hızlarında ölçülen sistemin giriş-çıkış sıcaklıkları grafiksel olarak gösterilmektedir. Bu farklı hava hızlarında ölçüm yapılmış olup paralel yönde akış sergileyen türbülatörlü ısı borusunun sıcaklık farkının yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Türbülatör kullanılması sıcaklık farkını etkilemiştir. Paralel akışlı türbülatörlü düz boru kullanıldığı durumda sıcaklık farkının en düşük olduğu, zıt akışlı türbülatörlü düz boru kullanıldığı durumda hava hızı 3,1 m/s’den sonra farkta azalmalar gözlenmektedir. Türbülatörsüz boru için değerlere bakıldığında randımansız değişmeler gerçekleşmiş olup hava hızının en üst değerde 1,7 m/s olduğu sıcaklık farkında artış gözlenmektedir. Türbülatörsüz boş boru ile karşılaştırıldığında zıt akışlı türbülatörlü ısı borusu kullanılması durumunda 0,8 m/s hızında %129 oranında, paralel akışlı türbülatörlü ısı borusu kullanılması durumunda aynı hava hızında %62 oranında sıcaklık farkı artışı olduğu hesaplanmıştır. Hava hızı 4,0 m/s olduğu durumda sıcaklık farkındaki verim zıt akışlı türbülatörlü ısı borusunda %170 oranında artış gözlenmiştir. Deney sonuçlarına göre bakırdan imal edilen türbülatörlerin ısıl verimleri, reynolds, basınç, ısı transfer değerleri çizilmiştir.
Buhar sıkıştırmalı klasik soğutma sistemi kullanarak PV sistemleri soğutulması ve verim analizi
Bu tez çalışmasında fotovoltaik güneş panellerinde ısı kaynaklı kayıpları düşürmek ve panel verimini yükseltmek için panelin arka yüzeyine sıkıştırılmış buhar yardımı ile soğutulmaya çalışılmıştır. Panellerin alt yüzey sıcaklıklarının sıkıştırılmış buhar ile soğutulması ile elde edilen değerleri ölçüp elde edilen verilerin karşılaştırılması yapılmıştır. Dış ortamın zamana bağlı sıcaklık değişimleri, güneş radyasyon değerleri ve ortam koşulları ölçülmüştür. Elde edilen bulguların analiz sonuçları panel üzerindeki verim hareketliliği incelenmiştir. Deney için üç adet 105W’lık PV panel kullanılmıştır. Modül üç panelin arka yüzeyine sarmal Şekilde montajlanan bakır boru içinde kompresör yardımıyla sıkıştırılmış R600 gazı ile soğutulmuştur. Modül iki panelin arka yüzeyine sadece su olması durumunda soğutulma yapılmıştır, modül bir panel ise ortam koşullarında bulunun bir panelin durumunu gözetlemek ve referans amaçlı olarak boş bırakılmıştır. Panel yüzeyine yerleştirilen üç farklı yüzey sıcaklıkları, ortam sıcaklığı ve giriş çıkış sıcaklıkları yapılmış ve zamana bağlı olarak oluşan güç, akım ve volt değerleri kaydedilmiştir. Sonuçlara göre deney düzeneğinde kullanılan tüm panellerin maksimum güç oranları önceden belirlenmiştir. Deney analizleri sonucunda soğutma düzeneği kurulan panel ve boş panelin verileriyle kıyaslanma yapıldığında soğutma yapılan panelde %5,73 güç üretimi fazlalığı bulunmuştur. Boşken panellerin güç üretimlerini kıyasladığımızda soğutulan panelin tüm gün boyunca ortalama olarak 0,5W daha az güç üretmiştir. Her üç panellinde aynı özelliklerine sahip olmasına rağmen oluşan farklılıklar deney sonucunda etkisini göstermiştir. Hesaplamalar sonucunda elektriksel verimin %9 iken, soğutulan panelde verim %7,9 olarak bulunmuştur. Yapılan deneyde soğutma yapılan modül üç, tüm gün ortalama sıcaklık değeri 33ºC’ de iken referans panelin ortalama sıcaklık değeri ise 40ºC’ de kalmıştır. Yapılan çalışmada panel 14ºC soğutulmuş ve bu sıcaklık farkı istenildiğinde daha da arttırılabilir Şekildedir. İdeal çalışma sıcaklığına 25ºC yakın olarak soğutma yapılan modül üçün panel arka yüzey sıcaklık aralığı olarak 30ºC’ ye sabit tutularak panelin üreteceği güç miktarı gözlemlenmiştir. Soğutma elemanı olan kompresör toplamda üç saat boyunca tükettiği enerji miktarı 0,319 kWh olarak bulunmuştur. Tüketmiş olduğu bu enerji miktarını karşılamak için 40W panel yeterli olacaktır. Yapmış olduğumuz çalışmada soğutulan modül 3 no’lu panelin arka yüzeyini su ile tamamen kaplayıp tüm yüzey alanını eşit bir Şekilde soğutulmuştur. Soğutulan bu yüzey alanın eşit olmasından kaynaklı olarak diğer çalışmalara nazaran soğutma borularının temas ettiği alanların dışında tüm yüzey alanı eşit bir Şekilde soğutulmuştur. Böylelikle panel verimli yükseltilmiştir.