184
Archived Theses
2
DOIs Assigned
1%
DOI Rate
Discipline
Maf filtre ve histerezis PWM tabanlı kontrol algoritmasının BGKD'ye uygulanması
Teknolojinin gelişmesiyle birlikte enerji sistemlerinde kullanılan yükler çeşitlilik kazanmıştır. Doğrusal olmayan yükler güç kalitesi için önem arz etmektedir. Son yıllarda güç elektroniği teknolojilerinin etkisi ile enerji sistemlerindeki, doğrusal olmayan yüklerde artış görülmektedir. Bu artışlara paralel olarak enerji sistemlerindeki güç kalitesi problemlerinde de artışların meydana geldiği görülmektedir. Elektrik enerji sistemleri ve hassas endüstriyel yükler, güç kalitesi problemlerinden etkilenmektedir. Güç kalitesi problemleri gerilim düşmeleri ve yükselmeleri, gerilim dalgalanmaları, akım ve gerilim harmonikleri, gerilim dengesizlikleri ve şebeke frekans değişimleridir. Elektrik enerjisinde güç kalitesi problemlerinin ortadan kaldırılması hem tüketiciler hem de üreticiler için büyük önem arz etmektedir. Günümüzde, güç kalitesi problemlerini ortadan kaldıran ve problemlere çözüm üreten cihazlar geliştirilmiştir. Bu cihazlar arasında pasif ve aktif güç filtreleri yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Birleşik güç kalite düzenleyicisi (BGKD) güç kalitesi problemlerine ve harmoniklere karşı çözüm olarak geliştirilmiştir. BGKD, ortak doğru akım (DA) bara hattını kullanan iki adet gerilim kaynaklı evirici devresinin arka arkaya bağlanılması ile oluşmaktadır. Bu eviricilerden birincisi, gerilim kaynağı olarak çalışan seri aktif güç filtresi ve ikincisi de akım kaynağı olarak çalışan paralel aktif güç filtresidir. Bu tez çalışmasında, güç kalitesi problemlerine çözüm sunan BGKD sistemi içinsenkron referans yapı tabanlı yeni bir kontrol yöntemi önerilmektedir. Önerilen yöntemde, anahtarlama sinyallerinin elde edilmesinde histerezis PWM veya SVPWM teknikleri kullanılmaktadır. Simülasyon çalışmaları PSIM paket programında yapılmaktadır. Elde edilen simülasyon sonuçlarından senkron referans yapı tabanlıönerilen MAF filtreli kontrol yönteminin, diğer kontrol yöntemlerine kıyasla güç kalitesi problemlerini gidermede daha başarılı olduğu görülmektedir.
Bir tekstil fabrikasında enerji maliyetlerinin azaltılmasına ilişkin bir uygulama
İstihdam bakımından önde gelen sektörlerden olan tekstil sektöründe 1970-2000 yılları arsında hızlı bir büyüme gerçekleşmiştir. Hızlı büyüme ile birçok tekstil fabrikası açılmış ve günün şartları gereği yüksek karlar ile çalışan bu fabrikalar enerji verimliliğine gereken özeni göstermemiştir. Geçen zaman içerisinde küresel pazardaki rekabet ile fabrikalar nihai üründe maliyet azaltıcı tedbirler almak zorunda kalmıştır. Bu çalışmada yüksek yatırım bedelleri gerektirmeyen, kısa vadede kendini amorti edip kar sağlamaya başlanabilecek enerji verimliliği çalışmaları üzerinde durulmuştur. Fabrikadaki izolasyonsuz vana grupları ve sıcak hatların izolasyon çalışması yapılmış, buhar kaçakları, klima sistemi, basınçlı hava hattındaki kaçaklar, kompresörlerde verimsizliğe neden olan etmenler tespit edilmiştir. Enerji verimsizliğine neden olan bu etmenlerin yatırım maliyetleri, boşa giden enerji miktarları, bunların mali değerleri ile basit geri ödeme süreleri hesaplanmıştır. Bir tekstil fabrikasında gerçekleştirdiğimiz çalışmamız önemli bir ek maliyet getirmeden, her ölçekte işletmenin faydalanabilmesine uygundur. Çalışmamızın ülkemizde yüksek istihdam sağlayan tekstil sektörünün dünya ile rekabet edebilme gücüne fayda sağlayabileceği düşünülmektedir. Benzer prosese sahip diğer işletmelere yol gösterici olması ve enerji verimliliği konusunda çalışma yapabilmeleri için teşvik edici olması umut edilmektedir.
Yüz bölgelerinin ağırlıklandırılmasının yerel ikili örüntüler ile yüz tanıma performansına etkisi
Yerel İkili Örüntüler (Local Binary Patterns - LBP), yüz, doku, cinsiyet tanıma gibi örüntü tanıma problemlerinde kullanılan başarılı bir öznitelik çıkarım yöntemidir. LBP imgedeki her piksel ile komşu piksellerin gri seviye değerlerini karşılaştırarak öznitelik çıkarımı yapar. Yüzdeki göz, burun, ağız gibi bazı bölgelerin diğer bölgelere göre sınıflandırma başarımına katkısının daha fazla olduğu bilinmektedir. Bundan dolayı, yüz imgesi dikdörtgensel bölgelere ayrılmıştır. Her bölge için LBP histogramlarının oluşturulmasıyla yerel öznitelikler elde edilmiştir. Yerel öznitelik vektörlerine ait oldukları bölgelerin önem derecelerine göre ağırlıklar verilerek tanıma başarımının artması hedeflenmiştir. Yöntemin başarımını belirlemek için yapılan deneysel çalışmalarda AR ve Genişletilmiş Yale yüz Veri Tabanı B kullanılmıştır. Sınıflandırma aşamasında alt uzay tabanlı Doğrusal Regresyon Sınıflandırıcısı (LRC) ve Ki-kare (χ^2) istatistiği kullanılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, LRC sınıflandırıcısı başarımının kullanılan veri tabanına göre değişkenlik gösterdiği, ancak χ^2 istatistiğinin kullanılan veritabanından bağımsız olarak yüksek sınıflandırma başarımı sağladığı gözlemlenmiştir.
Çoklu armatür panellerinde farklı dizilimlerin parıltı etkileri
Işık ve ışık kaynakları, göz ve kameraların görüntü algılamalarında büyük önem arz eder. Gerçekleştirilen aydınlatmada ışığın yetersiz olması, durumunda yeterli görme ve algılama şartları oluşamazken, ışığın gerekenden fazla olması da görme ve algılamayı olumsuz etkiler. Işığa maruz kalan cisimler, parlaklıkları yardımıyla göz ya da kameraya yansıttıkları ışınlar ile kendilerini tanımlarken, arka planlarındaki renksel farklıklarının gerektirdiği karşıtlıktan da büyük ölçüde yararlanırlar. Işığın gerekenden fazla olması durumunda, cisimler ve arka planları arasındaki karşıtlık algılaması azalarak, görüntü kalitesi azalır. Göz ve kamera tarafından algılanan direkt ya da endirekt ışık seviyesindeki artışa bağlı olan bu algılama bozulması aşırı parlaklık veya parıltı olarak tanımlanır. Bu çalışmada, göz ve kamera tarafından algılanan görüntü kalitesini iyileştirmek için çoklu armatür panelleri üzerinde durularak, parıltı etkisi ele alınmıştır. Çoklu armatür panellerinde yer alan armatürlerin uygun ölçülerde konumlanmaları ve ara mesafelere sahip olmaları hedeflenmiştir.
İki gruplu difüzyon teorisi yardımıyla kritik nükleer reaktör ebatının tespiti
Fosil yakıtların haricinde kesintisiz güç kaynağı olarak kullanılabilecek bilinen tek enerji kaynağı nükleer enerjidir. Nükleer enerjinin açığa çıkarılması ise nükleer reaktörlerde gerçekleşen fisyon reaksiyonuyla meydana gelmektedir. Fisyon reaksiyonun kontrol altında tutulabilmesi ise kritiklik şartının sağlanmasına bağlıdır. Bu çalışmada, fisyon reaksiyonunu tetikleyen nötronlar düşük enerjili termal nötronlar ve yüksek enerjili hızlı nötronlar olmak üzere iki ayrı grup halinde değerlendirilmiştir. Bunun sonucunda ortaya çıkan iki gruplu nötron difüzyon teorisi iki gruplu kritiklik denklemine yol açar. Verilen bir reaktör kompozisyonu için kritikliği sağlayan reaktör ebatı iki gruplu kritiklik denklemini numerik olarak çözerek tespit edilmiştir. Bu yolla, küresel geometride çekirdek yarıçapı, yansıtıcı kalınlığı ve ekstrapolasyon uzunluğundaki değişimlerin kritik reaktör ebatı üzerindeki etkileri detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Nükleer Enerji, Fisyon, Kritiklik, Nötron Difüzyon
Fotovoltaik panel destekli batarya şarj/deşarj devresi tasarımı ve simülasyonu
Batarya şarj/deşarj devrelerinde doğru akıma (DA) ihtiyaç duyulmaktadır. Şebeke bağlantılı devrelerde DA elde etmek için güç dönüştürücüleri kullanılmaktadır. Güç dönüştürücülerde en çok kullanılan dönüştürücü ise alternatif akımın doğru akıma dönüştürüldüğü (AA-DA) devrelerdir. Bu tez çalışmasında, tek fazlı köprüsüz güç faktörü düzeltme devreli ya da fotovoltaik panel destekli yükselten DA-DA dönüştürücü devreli batarya şarj/deşarj devresi tasarımı ve simülasyonu yapılmıştır. İlk olarak ihtiyaç duyulan DA elde etmek ve güç kalitesini iyileştirmek için tek fazlı köprüsüz güç faktörü düzeltme (GFD) devresi kullanılmıştır. Tek fazlı köprüsüz GFD devresinde PQ kontrol metodu önerilmiştir. Önerilen kontrol metodunda ilk olarak aktif ve reaktif güç akım ve gerilim bilgileri kullanılarak hesaplanmaktadır. Daha sonra aktif güç yüksek geçiren filtreden geçirilerek aktif gücün DA bileşeni elde edilmektedir. DA bara gerilim bilgisi kullanılarak Pdc elde edilmektetir. Son olarak referans akım hesaplanmaktadır ve PWM anahtarlama sinyali üretilmektedir. Elde edilen DA sinyali çift yönlü alçaltıcı-yükseltici DA-DA dönüştürücüye verilmektedir. Bu devrede şarj/deşarj blokları ve PI kontroller kullanılarak sabit akım veya sabit gerilimde bataryanın şarj/deşarj işlemi yapılmaktadır. İkinci olarak fotovoltaik panel destekli yükselten DA-DA dönüştürücü devresi maksimum güç noktası izleme (MGNİ) metodlarından değiştir-gözle algoritması kullanılarak kontrol edilmiştr. Değiştir-gözle algoritmasında fotovoltaik panel çıkışındaki akım ve gerilim bilgisi kullanılarak güç hesaplanmakta ve gücün gerilime göre türevi alınarak maksimum güç elde edilmektedir. Elde edilen DA sinyali çift yönlü alçaltıcı-yükseltici DA-DA dönüştürücüye verilmektedir. Bu devrede şarj/deşarj blokları ve PI kontroller kullanılarak sabit akım veya sabit gerilimde bataryanın şarj/deşarj işlemi yapılmaktadır. Batarya şarj/deşarj devrelerinin simülasyon çalışmaları PSIM paket programı kullanılarak yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Tek Fazlı Köprüsüz Yükselten GFD; Fotovoltaik Panel; PQ Kontrol; MGNİ Kontrol; Batarya Şarj/Deşarj
Alçak gerilim şebeke sistemlerinde aşırı ve dengesiz yük analizleri
Elektrik enerji sistemleri, enerji kaynaklarından, son tüketiciye kadar enerji transferinin gerçekleştirildiği, alternatörler, iletim hatları, transformatörler ve koruma elemanlarını içine alan yapılardır. Gerçekleştirilen bu enerji transferi ekipmanlarının çalışma sınırları içerisinde olması gerektiği gibi, mümkün olduğunca dengeli yapıda olması istenir. Elektrik enerji sistemlerinde, çalışma sınırları ve denge durumunu belirlemede akım ve gerilim değerleri öncelikli olarak izlenir. Frekans ve harmoniksel büyüklükleri de izlemekle beraber, akım ve gerilime göre riskleri daha az orandadır. Çünkü şebekelerde oluşan aşırı ve dengesiz yüklerin akım ve gerilim değerlerinde oluşturduğu farklılıklar çok daha tahrip edici yapıdadır. Bu sebeplerden ötürü, çalışmada gerçekleştirilen aşırı ve dengesiz yük analizlerinde öncelikli olarak akım ve gerilim büyüklükleri dikkate alınmıştır. Farklı tip hataların oluşturduğu olumsuz etkilerin akım ve gerilim sinüs yapılarında oluşturduğu bozucu etkiler incelenmiştir. Bozulmanın giderilmesini esas alan, bozulmanın giderilememesi durumunda ise hatalı kısmı devre dışı bırakan bir uygulama modellenerek gerçek devre üzerinde simule edilmiştir.
Güneş ışınımının renksel özelliklerinin fotovoltaik enerji üretimine etkileri
GÜNEŞ IŞINIMININ RENKSEL ÖZELLİKLERİNİN FOTOVOLTAİK ENERJİ ÜRETİMİNE ETKİLERİ Dünyanın enerji sağlayıcısı olan Güneş, bizler için direkt ya da endirekt olarak birçok enerji türünün asıl kaynağı olmaktadır. Güneş enerjisi bu faydalarına ilaveten yaklaşık 20-30 yıldır elektrik enerji üretiminde de bir kaynak olarak karşımıza çıkmaktadır. Fotovoltaik panellerle gerçekleştirilen bu elektrik enerjisi üretim teknolojisi, gerek panellerin enerji verimliliğindeki artış gerekse maliyetlerindeki ucuzlama ile son yıllarda yaygınlaşma eğilimine girmiştir. Bu çalışmada, fotovoltaik panellerde enerji üretim esasları incelenerek, güneş ışınımının fiziksel parametrelerinin elektrik enerjisi üretimine etkileri ele alınmıştır. Güneş ışınımının fiziksel parametreleri olarak, ışınım şiddetinin yanı sıra, renksel özelliklerinin de ele alındığı bir çalışma yürütülmüş ve elde edilen veriler açıklanmıştır. Maviye yakın renksel dalga boylarında ışınımsal enerji oranındaki artışa rağmen fotovoltaik enerji üretiminin daha az olmasının, fotovoltaik panellerin daha az ışık akısına maruz kalmasından kaynaklandığı açıklanmıştır. Anahtar Kelimeler: Fotovoltaik enerji, Foton, Dalga boyu
Geliştirilen yeni bir yazılım ile rüzgar ve güneş enerji sistemlerinin analizi ve uygulaması
Enerji üretiminde fosil yakıtlar yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yakıtların kullanımı ile birlikte çevre kirliliği, iklim değişiklikleri, oksijen azalması, asit yağmurları, ozon tabakası delinmesi ve petrol savaşları gibi birçok olumsuz sonuçlar ortaya çıkmaktadır. Fosil yakıt rezervlerinin sınırlı olması ve azalması maliyetleri de yükseltmektedir. Bu nedenle rüzgar ve güneş gibi çevre dostu yenilenebilir enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tür enerji kaynaklarından yararlanabilmek için verimli enerji yatırımlarının yapılması gerekmektedir. Enerji potansiyelinin yeterli ve düzenli olmadığı bölgelerde yapılan yatırımlar para ve zaman kaybına yol açmaktadır. Bu çalışmada, rüzgar ve fotovoltaik güneş enerji sistemleriyle üretilebilecek yıllık ve dönemsel enerji potansiyelini ve gelirlerini hesaplayarak enerji sistemleri kurulumuna destek olması beklenen yeni bir yazılım geliştirilmiştir. Geliştirilen yazılım ile; kurulan bir sistemin mevcut verilere göre ürettiği ve yapılan öngörü hesaplamaları ile üretebileceği enerji potansiyeli tahmin edilebilecektir. Sistem kurulumunun maliyeti oluşturulan yazılım veri tabanından seçilen elemanlar kullanılarak hesaplanabilecektir. Program, sistem veri tabanında bulunmayan özel maliyet çeşitlerinin veri tabanına eklenmesini sağlayabilecek nitelikte geliştirilmiştir. Geliştirilen bu yeni yazılımla Bilecik ilinin Pazaryeri ilçesinde 2 MW kapasiteli rüzgar ve fotovoltaik güneş enerjisi sistemlerinin yatırım hesaplamaları yapılmıştır. Bu hesaplamalar sonucunda 2 MW kapasiteli Vestas V80 marka rüzgar türbini ile elde edilebilecek yıllık enerji miktarı 1.439.581,50 kWh olarak bulunmuştur. 8000 adet ASW250 fotovoltaik panel kullanılarak elde edilen 2 MW kapasiteli güneş enerjisi sisteminden elde edilebilecek yıllık enerji miktarı 2.560.482,56 kWh olarak bulunmuştur. Rüzgar ve fotovoltaik güneş enerji sistemleri toplamda 2 MW kapasitede hibrit olarak kullanıldığında ise 2.000.032,03 kWh enerji üretilebildiği hesaplanmıştır. Yazılım bulgularına göre; çalışmada ele alınan güç değerleri baz alındığında seçilen bölge için fotovoltaik güneş enerji sisteminin bağımsız kullanılmasının daha verimli olabileceği görülmüştür. Rüzgar ve fotovoltaik güneş enerji sistemleri için hesaplanan enerji üretimlerinin birbirine yakın miktarlarda olması durumunda bu sistemlerin birlikte kullanılması süreklilik ve verimlilik yönünden daha faydalı olabilmektedir. Bu amaçla; geliştirilen yazılımın rüzgar ve fotovoltaik güneş enerji kaynaklarının birlikte veya bağımsız kullanım tercihlerinin yapılmasına ve verimli enerji modeli seçilmesine destek olması beklenmektedir.
Güneş ışınım şiddetinin akıllı hibrit yaklaşımlar ile tahmini
Günümüzde, hızla tükenmekte olan fosil kökenli enerji kaynaklarını azalması nedeniyle gelecek nesillerin enerji ihtiyacını karşılayabilmek için yeni ve alternatif enerji kaynakları üzerinde yapılan çalışmalar büyük bir öneme sahiptir. Yenilenebilir enerji kaynakları, bu tür enerji kaynakları üzerine yapılan çalışmaların büyük bir bölümünü oluşturmaktadır. Bu kaynaklar arasında oldukça önemli bir yere sahip olan güneş enerjisi, dünya üzerinde her noktada bulunabilen, bol ve tükenmeyen, çevreyi kirletici atıkları bulunmayan vazgeçilmez bir kaynaktır. Güneş enerjisi sistemlerinden elde edilecek olan enerjinin sürekli olmaması ve maliyetlerinin yüksek olması gibi dezavantajları göz önüne alındığında güneş enerji santrallerinin kurulumundan önce fizibilite çalışmalarının yapılması büyük bir öneme sahiptir. Güneş enerjisinin potansiyelini belirlemek için yapılan bu fizibilite çalışmalarında, güneş ışınım şiddetinin miktarı önemli bir parametre olarak karşımıza çıkmaktadır. Güneş ışınım şiddeti tahmininde istatistiksel, fiziksel, makine öğrenmesi ve hibrit yaklaşımlar gibi birçok faklı yöntem literatürde önerilmiştir. Bu çalışmada, kısa dönemli güneş ışınım şiddeti tahmininde güçlü bir araç olan yapay sinir ağları (YSA) hem dalgacık ayrıştırma yöntemi-wavelet decomposition (WD) hem de görgül kip ayrışımı-emprical mode decomposition (EMD) yöntemi ile bir arada kullanılarak hibrit modeller önerilmiştir. Hibrit modelde öncelikle Bilecik iline ait aylık güneş ışınım şiddeti verileri WD ve EMD yöntemi ile alt sinyal bileşenlerine ayrıştırılmıştır. Bir sonraki aşamada ise her bir seviye için geçmiş zaman verileri ile ileri beslemeli ağ-Feed Forward Neural Network (FFNN) ile eğitilerek model sonuçları elde edilmiş. Oluşturulan her bir hibrit ağ yapısının test performans sonuçları, yalnızca YSA kullanılarak elde edilen çıktılarla karşılaştırılmıştır. Aylık bazda yapılan çalışmada elde edilen sonuçların hata performans metrikleri değerine göre FFNN_EMD hibrit yaklaşımın daha yüksek doğrulukta sonuç verdiği gözlemlenmiştir. Özellikle hızla gelişen makine öğrenmesi teknikleri ile de birlikte bu tür hibrit yaklaşımların gelecekte farklı akıllı sezgisel metotlara da uygulanabileceği öngörülmektedir.
Yapay zeka temelli maksimum güç noktası takibi
Çağımızda temiz bir enerji kaynağı olarak fotovoltaik (PV) güç sistemleri göze çarpmaktadır. Bu güç sistemlerinde verimin henüz istenilen düzeyde olmaması bu alanda verimi arttırmaya yönelik çalışmaların önemini arttırmıştır. Verimde, PV panellerinden gelen gerilim, akım, güç ve yükseltici (boost) çeviricinin doluluk-boşluk oranı olan D değeri olmak üzere bu dört parametre oldukça belirleyicidir. Bu tez çalışmasında literatürde sıklıkla klasik P&O algoritması kullanıldığından MATLAB/SIMULINK'te bulunan şebeke bağlantılı 100 kW PV sistem modeli üzerinde P&O algoritması 2 saniye yürütülmüş ve 20 farklı marka güneş panelinin doluluk-boşluk oranı olan D değeri kaydedilmiştir. MATLAB nntool üzerinde Levenberg-Marquardt algoritması ile (20 x 54609 x 3) boyutlu V-I ve D değerlerinden oluşan veri kümesi kullanılarak öğrenme gerçeklenmiştir. Bu öğrenme 428 epokta 0.00626 ortalama karesel hata ile sonuçlanmıştır. LSTM için 2 giriş tek çıkışlı, 80 gizli katmanlı, öğrenme seçeneği olarak "ADAM" algoritmalı, 250 epoklu bir mimari seçilerek öğrenme gerçeklenmiştir. MATLAB/SIMULINK'te öğrenilen bu veriler yine MATLAB/SIMULINK'te simüle edilip çalıştırılarak verim karşılaştırması yapılmıştır. Bu çalışma ile PV sistemlerde derin öğrenme kullanılarak tasarlanan yapay zeka tabanlı MPPT sistemlerinin klasik MPPT algoritmalarına göre daha verimli bir güç sağladığı ve bu alanda yapılacak çalışmalara da rehber olabileceği düşünülmektedir.
Elektrodepozisyon yöntemi ile üretilen ve güneş pili üretimine uygun olan CdSe/PbS hetero yapıların bazı fiziksel özellikleri
Bu çalışmada, CdSe/ PbS yarıiletken hetero filmleri elektrokimyasal depozisyon yöntemi ile elde edilmiştir. Filmlerin üretimi dört ana grup altında gerçekleştirilmiştir. Birinci grupta, çözelti pH'nın CdSe film üzerindeki etkileri araştırılmıştır. İkinci grupta, deneyler farklı pH değerlerinde ancak depozisyon sıcaklığı 80°𝐶' ayarlanarak gerçekleştirilmiştir. ve manyetik alanın etkileri incelenmiştir. Üçüncü grupta, farklı güce sahip asitler kullanılarak en uygun pH değeri ayarlanarak CdSe ince filmleri üretilmiştir. Dördüncü grupta, farklı katodik potansiyel değerlerinde PbS ince filmleri üretilmiştir. Elde edilen bütün filmlerin optik özellikleri, UV-VIS cihazı kullanılarak dalga boyuna karşı absorbans ölçümlerinden elde edilmiştir. Filmlerin yapısal özellikleri XRD cihazı ile belirlenmiştir. Filmlerin morfolojik ve elementsel analizleri SEM-EDX cihazı ile araştırılmıştır. Güneş pili üretimi için optimum şartları sağlayan CdSe ve PbS ince filmleri üst üste üretilerek hetoro yapı oluşturulmuştur.
Enerji veriminin artırılmasında süreç iyileştirme tekniklerinin endüstriyel uygulaması
Bir tekstil firmasında distilasyon prosesinde kullanılmakta olan buhar kazanı sisteminde gerçekleşen ısı kayıpları ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Bu kayıplar temel olarak; kazan kayıpları, proses kayıpları ve dağıtım kayıpları olmak üzere 3 ana başlıkta incelenmiştir. Her bir kayıp türüne ait kayıp miktarları ayrı ayrı hesaplanmış ve sistem verimi %80 olarak bulunmuştur. Bu kayıpların azaltılması ve sistem veriminin artırılması için kalite/süreç iyileştirme tekniklerinden faydalanılmıştır. Bu tekniklerden biri olan FMEA (Hata Türleri ve Etkileri Analizi) tekniği enerji alanına uyarlanarak kullanılmıştır. Bu doğrultuda kayıplara neden olan her bir risk, iyileştirmeye açık alan olarak değerlendirilmiş ve her biri için günümüz teknolojik imkanları göz önünde bulundurularak çeşitli iyileştirme önerileri sunulmuştur. Bu önerilere ait yatırımların ekonomik analizleri gerçekleştirilmiş ve geri ödeme süreleri ortaya konmuştur. Seçilen iyileştirme önerilerinin firmadaki kazan sistemine uygulanması halinde kazan sistem veriminin %96'ya yükseltilebileceği tespit edilmiştir. Bu durumda yaklaşık %16,8 oranında yakıt tasarrufu sağlanarak yıllık 587 ton CO2 salınımının önüne geçilmiş olacaktır. Bu çalışmanın endüstriyel kazan kullanan diğer sanayi kuruluşlarına da örnek teşkil edeceği düşünülmektedir.
Gezer köprülü taşıma sistemlerinde mekanik salınımların enerji açısından değerlendirilmesi ve optimizasyonu
Endüstriyel teknolojide oluşan hızlı büyüme, üretimde kullanılan mevcut ekipman ve elemanların yeni teknolojiye uyum sağlayacak şekilde düzenlenmesini ve oluşturulmasını zorunlu kılmaktadır. Gerçekleştirilecek düzenleme, mevcut sistemlerin yerine yeni bir yapının kurulması şeklinde olabileceği gibi mevcut sistem üzerinde iyileştirmelere yapılarak da oluşturulabilir. Fabrikalardaki üretim hatları, yüklerin taşınması ve inşaat sektörü gibi sanayinin pek çok alanında kullanılan gezer köprülü vinçlerin de teknolojinin izin verdiği derecede revizyonları, maliyetleri düşürmesi, kolay bakım, kurulum ve süreklilik gibi avantajları da beraberinde getirmektedir. Gezer köprülü vinç, yatay hareketleri neticesinde taşımakta olduğu yükün üzerinde salınıma sebep olur. Yüz üzerinde oluşan bu salınım, gezer köprülü vincin taşıma verimliliğini azaltır ve iş kazalarının artmasına yol açabilir. Bu sebeplerden dolayı, vinçlerde oluşabilecek salınımın azaltılması ya da bastırılması problemini ortaya çıkarır. Bu problemin çözümüne yönelik araştırmalar bir çok farklı yaklaşım önerilmektedir. . Literatürde bu sistemlere yönelik araştırmalar her iki çıkışı aynı anda kontrol etmek şeklinde verilmektedir. Sistemin başlangıç ve duruş zamanlarında gerçekleşecek salınımın ve buna bağlı konum sapmasının azaltarak yükün merkez konumudan kalması şeklinde gerçekleştirilebilir. Bu tez çalışmasında, gezer köprülü vinçlerdeki yük salınımının bastırılması ile oluşturulan optimizasyon yaklaşımı ve enerji probleminin çözümüne yönelik PLC uygulaması gerçekleştirilmiştir. Önerilen salınım engelleme yaklaşımı ile hem enerji verimliliği açısından hemde sistemin güvenilir ve kararlı bir şekilde sağlanması deneysel olarak da gözlemlenmiştir. Elde edilen tüm bulgular endüstriyel bir uygulama platformunda gerçeklenmiştir. Optimal parametreler belirlenerek oluşturulan salınım engelleme yaklaşımı için farklı durumlarda analiz sonuçları karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Önerilen yaklaşımın farklı platformlar içinde revize edilerek kullanılabileceği öngörülmektedir. Anahtar Kelimeler: Salınım önleme, kontrol sistemleri, PLC kontrol, optimizasyon ve enerji
Rüzgar enerji sistemlerinde Weibull dağılımı için yeni nesil parametre metotlarının karşılaştırmalı analizi ve uygulaması
Bir bölgeye rüzgar enerjisi dönüştürme sistemi kurulmadan önce bölgenin rüzgar hızı karakteristiği belirlenmeli ve analiz edilmelidir. Rüzgar hızı karakteristiğinin belirlenmesi, analizi, modellemesi ve tahmini için kullanılan en önemli yaklaşımlardan birisi olan iki parametreli Weibull dağılımının parametrelerinin en uygun şekilde belirlenmesi için birçok farklı metot geliştirilmekte ve günümüzde halen araştırma konusu olarak yer almaktadır. . Parametre tahmin metotları kullanılarak iki parametreli Weibull dağılımının şekil (k) ve ölçek (c) parametreleri belirlenip , üzerinde çalışılan bir bölge için rüzgar hızı karakteristikleri en uygun şekilde modellenebilmektedir. Bu çalışmada, Weibull dağılımı için literatürde iyi bilinen parametre tahmin metotlarının yanı sıra son yıllarda önerilen güncel yaklaşımlar da kullanılarak Türkiye'nin yüksek rüzgar hızı profiline sahip 10 bölgesi için karşılaştırmalı olarak analizler yapılmış ve değerlendirilmiştir. Değerlendirilen 11 adet parametre tahmin metotları sırasıyla Grafik Metot (GM), Maksimum Olabilirlik Metodu (MLM), Modifiye Edilmiş Maksimum Olabilirlik Metodu (MMLM), Enerji Örüntü Faktörü Metodu (EPFM), Rüzgar Enerjisi Yoğunlaştırma Metodu (WEIM), Justus Moment Metodu (JMM), Güç Yoğunluğu Metodu (PD), Lysen Metodu (LM), Moment Metodu (MOM), Mabchour Metodu (MMab) ve Alternatif Maksimum Olabilirlik Metodu (AML)'dur. Bu metotlardan WEIM 2020 yılında önerilirken yine EPFM, PD güncel metotlar olarak literatürde yer almaktadır. MMab ise 1999 yılında önerilmiş olmasına rağmen, literatürde çok fazla karşılaştırmada yer alamamıştır. Bu metotların tümünün birbirleriyle performans ve verimlilik karşılaştırılması 10 farklı bölge için yapılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Yapılan karşılaştırma üç şekilde gerçekleştirilmiştir; i) Metotlar tarafından tahmin edilen şekil ve ölçek parametreleri kullanılarak oluşturulan olasılık yoğunluk fonksiyonlarının gerçek rüzgar hız değerlerine uyumu incelenerek, ii) Metotlar tarafından tahmin edilen rüzgar enerji yoğunluğunun gerçek rüzgar enerji yoğunluğuna uyumu karşılaştırılmış ve iii) İstatistikte de hata performans metriği olarak kullanılan Ortalama Karekök Hatası (RMSE), Belirleme Katsayısı (R2), Chi-Kare Testi (χ2) olmak üzere üç metodun ve bu tür çalışmalarda kullanılan Rüzgar Enerji Hatası (WEE) olmak üzere toplam 4 adet hata performans belirleme kriterinin kullanılmasıyla analizler Matlab yazılım ortamında gerçeklenmiştir. Çalışmada ayrıca bölgelerin rüzgar enerji yoğunlukları da hesaplanmış ve bu değerler de grafikler halinde eklenmiştir. Yapılan analizler sonucunda her bölge için belirlenen en uygun metot çalışma sonunda belirtilmiştir. Çalışmanın sonucunda, uygun bir metodun bölgeden bölgeye değişiklik göstereceği ve tek bir metodun her bölge için aynı verimi gösteremeyeceği belirlenmiştir. Buna karşın çalışmanın geneline bakıldığında JMM için model performans başarımının yüksek olduğu görülmüştür.
Afganistan'ın biyoenerji potansiyelinin değerlendirmesi.
Afganistan dünyadaki en az gelişmiş ülkelerden biri olmasına rağmen, yapılan çalışmalar bu ülkenin biyokütle enerji potansiyeli bakımından oldukça zengin olduğunu göstermektedir. Afganistan'nın, biyokütle enerji kaynakları açısından doğal ve coğrafi olarak uygun bir coğrafi konumda olması nedeniyle bu kaynaktan önemli ölçüde yararlanma potansiyeline sahiptir. Biyokütle, Afganistan'ın enerji ihtiyacının karşılanmasında büyük rol oynamaktadır, konutlarının % 79,9'u yemek pişirmek için katı yakıt kullanırken, bu sayı konut ısıtmada % 97,4'tür. Kentlerdeki konutlarda yemek pişirmek için birincil yakıt olarak LPG kullanırken, odun ve kömür ısınma için en önemli yakıt kaynaklarıdır. Biyokütle enerjisi, çeşitli kaynaklardan (bitki bazlı malzeme ve artıklardan) elde edilir ve güç, ısı, buhar ve yakıt elde etmek için çeşitli dönüştürme işlemlerinde kullanılabilir. Biyokütle enerji kaynakları, tarımsal ürünleri ve artıkları (hayvan atıkları dahil); ormancılık ürünleri ve artıkları, özel enerji bitkileri; gıda, hayvan yemi, lif, odun ve malzeme işleme tesislerinden çıkan artıklar ve yan ürünler ve belediye katı atıkları, atık su ve çöp gazı gazları gibi tüketici sonrası kalıntılar ve atıkları içermektedir. Bu çalışmada, Afganistan'ın biyoenerji kaynaklarının mevcut kapasiteleri ve potansiyelleri üzerine bir değerlendirme yapılmıştır. Afganistan'ın biyokütle çeşitliliğine ve yüksek biyoenerji potansiyeline dikkat çekerek bu potansiyeli Afganistan halkının refah seviyesine yaptığı katkıları ve alternatif enerji kullanım avantajları değerlendirilmiştir.
Afganistan'ın enerji potansiyelinin incelenmesi
Afganistan, nüfus açısından dünyada elektriğe en düşük erişime sahip ülkelerden biri olmasına rağmen, araştırmalar hem yenilenebilir enerji kaynakları hem de geleneksel enerji kaynakları rezervleri açısından zengin olduğunu göstermektedir. Afganistan, geleneksel enerji kaynakları için yeterli potansiyele sahip olsa da, altyapıların çoğu savaş ve istikrarsızlık nedeniyle son on yılda tahrip olmuştur. Bu nedenle, elektriğin çoğu Orta Asya ülkelerinden ve İran'den ithal edilmektedir. Afganistan uygun doğal ve coğrafi koşullara sahip olduğundan dolayı, hidro, güneş, jeotermal, rüzgar ve biyokütle gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından önemli ölçüde yararlanabilme potansiyeline sahiptir. Teorik açıdan bakıldığında, Afganistan'da yenilenebilir enerjinin kullanılması, yalnızca nüfusu için sürdürülebilir enerji sağlamak için değil, aynı zamanda sürdürülebilir ekonomik kalkınmaya katkıda bulunmak için de çok önemli bir rol oynayabilir. Bu çalışmada, Afganistan'da yer altı zenginliklere konu olan enerji kaynakları ve bununla birlikte yenilenebilir enerjinin çeşitleri ele alınmıştır. Daha sonra da, Afganistan'ın Herat ve Kandahar şehirlerindeki bir seranın güneş enerjisi kullanılarak ısı pompası ile ısıtılması incelenmiştir. Sonuç olarak Afganistan'ın Herat ve Kandahar şehirlerinin de kurulacak seranın güneş enerjisi ile ısıtılabileceği belirlenmiştir.
Türkiye'nin bölgesel rüzgar enerji potansiyelinin dağılım fonksiyonları kullanılarak karşılaştırmalı analizi
Modern toplumlarda ekonomik büyümenin en önemli göstergelerinden birisi enerjidir. Elektrik enerjisinin yaşamın her alanında kullanılması ile birlikte ona olan bağımlılık her geçen gün artmaktadır. İnsan yaşamının devam ettirilebilmesi ve yüksek seviyeleri çıkartılabilmesi için ihtiyaç duyulan enerjinin sürekli, kaliteli ve güvenli olarak sağlanabilmesi gerekmektedir. Nüfusun hızla artması ve sanayileşme nedeniyle enerji talebi sürekli artmaktadır. Günümüzde hızla artan enerji ihtiyacına paralel olarak konvansiyonel enerji kaynaklarının ekosistem üzerinde ki olumsuz etkilerinin olması, bu kaynakların rezervlerinin sınırlı miktarlarda olması ve bu kaynakların fiyatlarının her geçen gün artması nedeniyle elektrik enerjisi talebinin karşılanmasında yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarının kullanımı önem kazanmıştır. Ayrıca ülkemizin ekonomik olarak gelişmesinin önüne geçen en büyük etkenlerden birisi, konvansiyonel enerji kaynaklarında büyük ölçüde dışa bağımlı olmamızdan kaynaklanmaktadır. Diğer bir yandan yenilenebilir enerji kaynakları ülkemizin dışa bağımlılığını ve cari açığı azaltmamıza yardımcı olacak en önemli etkenlerden biri olarak karşımıza çıkmaktadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının en önemlilerinden biri ise rüzgar enerji sistemleridir. Bir bölgeye rüzgar enerjisi dönüştürme sistemi kurulmadan önce o bölgenin rüzgar hızı karakteristiğinin belirlenmesi ve modellenmesi gerekmektedir. Bu kapsamda bir bölgenin rüzgar hızı karakteristiğinin belirlenmesinde bir çok farklı dağılım fonksiyonu önerilmektedir. Bu çalışma kapsamında, rüzgar hızı karakteristiğinin belirlenmesinde İki parametreli Weibull dağılım fonksiyonu ve Rayleigh dağılım fonksiyonu kullanılarak performans analizleri gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda model performansının değerlendirilmesinde, Türkiye'de bulunan 81 il için 10 metre yükseklikte 2018 yılına ait saatlik rüzgar hızı verileri kullanılmıştır. Dağılım fonksiyonunun parametrelerinin belirlenmesinde Maksimum olabilirlik metodu kullanılmış, model performans kriteri için ise hataların karelerinin ortalamasının karekökü (RMSE) kullanılarak dağılım fonksiyonlarının gerçek rüzgar hızı verilerine uyumu karşılaştırılmıştır. Çalışmada yapılan bütün analizler için Matrix Laboratory (MATLAB) programı kullanılmış olup aylık ve yıllık rüzgar hızları Weibull ve Rayleigh dağılım fonksiyonları ile istatistiksel olarak modellenmiştir.
Biyokütleden üretilen karbonlu malzemeler üzerine ZnO ince filmlerin biriktirilmesi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada, yenilenebilir bir kaynak olan biyokütleden, karbonlu malzeme üretilmesi, bu malzeme üzerine ZnO ince filmlerin biriktirilmesi ve üretilen bu filmlerin karakterizasyonu amaçlanmıştır. Bu amaçla, farklı fizikokimyasal özelliklerdeki biyokütlelerden karaçam ağacı talaşı (yumuşak odun), meşe ağacı talaşı (sert odun) ve pirinç kabuğu (tarımsal atık) hammadde olarak seçilmiştir. Her bir hammadde kaynağından karbonizasyon yöntemi ile farklı sıcaklıklarda (400 °C, 550 °C ve 700 °C) biyo-char üretimi gerçekleştirilmiştir. Biyokütle ve biyo-char örneklerinin gerçek ve yığın yoğunlukları belirlenmiş, nem, kül, uçucu madde ve sabit karbon içerikleri hesaplanmıştır. Elementel analiz, FT-IR ve SEM teknikleri kullanılarak karakterizasyon çalışmaları tamamlanmıştır. Biyo-char örnekleri pelet haline getirilmiş ve kimyasal banyo depolama tekniği kullanılarak üzerinde ZnO ince film biriktirilmiştir. Farklı biyokütle örnekleri, farklı karbonizasyon sıcaklıkları ve farklı reaksiyon sürelerinde (15 dk, 30 dk ve 45 dk) gerçekleştirilen deneyler sonucunda elde edilen ZnO yapıları XRD, SEM ve EDX-Haritalama yöntemleri kullanılarak incelenmiştir. Gerçekleştirilen karakterizasyon çalışmalarına göre, pirinç kabuğundan 550 °C'de elde edilen biyo-char örneği üzerinde, 45 dk boyunca biriktirilen ZnO ince film yapısının nano-çiçek olarak başarılı bir şekilde üretildiği belirlenmiştir.
Paletli araç taşıyıcı tekerleri için titreşim analizi
Paletli bir araca etki eden motor, palet, cer dişlisi, taşıyıcı teker gibi çok sayıda titreşim kaynağından biri olan taşıyıcı tekerlerden kaynaklanan titreşimin en aza indirgenmesi; araç içerisinde bulunan personelin konforu ve sağlığı, mekanik ve elektronik malzemeler ile bunlara ait bağlantıların; hasar, arıza oranı veya hızlı yorulmalarının azaltılması; muharip askeri paletli araçlar için ise özellikle atış kontrolü ve atış sıhhati açısından büyük önem arz etmektedir. Ancak günümüzde basit yapıları, düşük arıza oranları ve düşük maliyetleri nedeniyle yaygın olarak kullanılmaya devam eden pasif süspansiyon sistemlerinde enerji depolama özelliği olmadığından bu sistemlerde taşıyıcı tekerlerin hareketinin kontrolünün yapılması mümkün olamamaktadır. Bu nedenle pasif süspansiyon sistemi kullanılan araçlarda bulunan taşıyıcı tekerlerin malzemesi ve tasarımı, taşıyıcı tekerler nedeniyle araç üzerinde oluşan titreşimin azaltılması açısından daha da önemli olmaktadır. Bunun yanı sıra sistemlerin daha ucuza mal edilmesi, ağırlığının azaltılması, ömrünün uzatılması gibi pek çok nedenden dolayı da iyileştirilmesi amacıyla tasarım ve malzeme değişikliklerine ihtiyaç duyulabilmektedir. Uygulanacak tasarım ve malzeme değişiklikleri sonucunda araç üstü veri toplanması ve bu verilerin analizi yapılarak tasarımın optimize edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada alüminyum taşıyıcı tekerler ve tasarımı gerçekleştirilerek bilgisayar destekli simülasyon programlarında analizleri yapılmış, prototipleri üretilmiş çelik taşıyıcı tekerler kullanılarak, çelik ve alüminyum taşıyıcı tekerler nedeniyle araç üzerinde oluşan gerçek titreşim verilerinin karşılaştırılması amacıyla araca etki eden diğer titreşim kaynakları olabildiğince sabit tutularak değişik hız ve yol parametrelerinde araç üstü veri toplama sistemi ile tek ve üç eksenli ivme ölçerler kullanılarak veri toplaması gerçekleştirilmiş, bu veriler işlenerek farklı hız ve yol parametrelerinde test sonuçları değerlendirilmiştir. Çalışma ile her iki taşıyıcı tekerin titreşim genlikleri ve karakteristiklerinin birbirine çok yakın olduğu ve birbirlerinin yerine kullanılmalarının personel, ekipman ve diğer hususlar yönünden uygun olduğu değerlendirilmiştir.
Reküperatör (eşanjör) mekanizması tasarımı
Bu çalışmada Hermatik kombilerde açığa çıkan yanmış gazı kullanmak üzere bir reküperatör tasarlanmıştır. Sayısal analizler ANSYS programı üzerinden gerçekleştirilmiştir. Reküperatör kendi içerisinde iki adet giriş ve iki adet çıkış olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu sistem bir adet sıcak atık gaz (giriş), bir adet soğuk kullanım suyu (giriş), bir adet sıcak atık gaz (çıkış) ve bir adet sıcak kullanım suyu (çıkış) olacak şekilde dizayn edilmiştir. Yapılan tasarımda ısı transfer etkileri de göz önünde bulundurularak malzeme seçimi yapılmıştır. Reküperatör içerisinde 22 adet plaka mevcut olup bu plakalar alüminyum malzemeden yapılmıştır. Sistem kapalı sistem olarak tasarlanıp dış kısmına bir plastik malzemeden kılıf yapılması ön görülmüştür. Bu sayede ısı kayıplarının daha fazla azaltılması amaçlanmıştır. Yapılan tasarım sayesinde atık gaz ile kullanım suyunun ön ısıtması gerçekleştirilecektir. Sayısal analiz sonuçlarına göre, yapılan tasarımla sıcak atık gazdan kullanım suyuna doğru transfer edilen ısı miktarı artmış olup kullanım suyunun ortalama sıcaklığının 5°C kadar yükseldiği tespit edilmiştir. Ayrıca gaz tüketiminde %4 oranında iyileşme sağlanmıştır. Çalışma sırasında plaka sayıları da arttırılmış ve plaka sayısının artırılması ile kullanım suyunun sıcaklığının doğru orantılı şekilde arttığı görülmüştür. Plakalar arası mesafe değiştiğinde ise kullanım suyunun sıcaklık değerinin ters orantılı şekilde azaldığı saptanmıştır. Yapılan tasarımın hem kullanıcıya enerji tasarrufu sağlayacağı hem de Türkiye ekonomisine katkıda bulunacağı düşünülmektedir. Anahtar Kelimeler: Hermatik, Reküperatör, Isı Transferi, Atık Gaz, Plakalı Eşanjör
Fotovoltaik hücrelerde kullanılan ZNO nanorodların üretilmesi ve bazı fiziksel özelliklerin incelenmesi
Günümüzde fotovoltaik (PV) olarak bilinmekte olan güneş enerjisi sistemlerine yoğun talep gösterilmektedir. PV sistemlerinde verimliliğin iyileşmesi, üretim maliyetinin düşürülmesi gibi alanlarda yapılmakta olan çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. İlerlemekte olan teknolojiyle birlikte modern cihazlarında gelişmesi ve yardımıyla PV sistemlerde kullanılmakta olan ince filmler üretilmekte ve bunların kristal yapıları, elektriksel özellikleri, optiksel özellikleri gibi alanlarda yapılan çalışmalar ve verimlilikleri artmaktadır. Bu çalışma kapsamında ZnO nanorodlar, ince film halinde üretilmekte olan filmlerin hibrit olarak ince film üretim teknikleriyle üretilmektedir. Üretim tekniği olarak kompleks ve pahalı teknoloji ile üretim tekniklerine alternatif olarak "Sol-gel manyetik döndürerek kaplama yöntemi" ve "Kimyasal banyo depolama tekniği" kullanılarak elde edilmiştir. Yapılan çalışama da ilk olarak sol-gel manyetik döndürerek kaplama yöntemiyle cam alttaş üzerine ZnO çekirdek tabakalar üretilmiştir. Hazırlanmış olan ZnO çekirdek tabaka üzerine kimyasal banyo depolama yöntemi kullanılarak ZnO ince film üretilmiştir. Hibrit üretim tekniği sonucu ZnO nanorod yapılar oluşturulmuştur. ZnO ince film ve nanorodların X-Işınımı Kırınımı (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve UV-Vis Spektrofotometresi kullanılarak fiziksel özellikleri incelenmiştir. İncelemeler sonucunda XRD ve SEM analizlerinde nanorodların tek kristal yapı oluşturduğu ve yönelimlerin aynı yönde olduğu sonucuna varılmıştır. UV-Vis Spektrofotometresi ölçümleri ile yasak enerji aralığı 3,33 eV olduğu görülmüştür. ZnO nanorod hibrit üretim tekniği ile nanorod üretimi ekonomik ve basit bir şekilde üretilmiştir.
Fotovoltaik hücrelerde kullanılmak üzere yarı iletken ince filmlerin biriktirilmesi
Fosil yakıtların tükenmesi, pahalı ve çevreye olan zararlı etkileri nedeniyle alternatif temiz enerji kaynaklarına yönelimini artırmaktadır. Yarı iletken teknolojileri yaygın olarak alternatif enerji kaynaklarında, optoelektronik, filtreleme, arıtım cihazlarında ve sensör uygulamalarında kullanılmaktadır. Titanyum dioksit (TiO2); kararlı kimyasal yapısı, zehirli olmaması, yüksek foto aktiviteye sahip olması ve maliyetinin düşük olması gibi özelliklerinden dolayı yaygın olarak tercih edilen yarı iletken bir malzemedir. Metal oksit yarı iletkenlerden olan TiO2, fotovoltaik hücrelerde ince film formunda aktif olarak kullanılmaktadır. TiO2; kimyasal banyolama, elektrokimyasal depolama, sol-jel daldırarak ve döndürerek kaplama gibi metal oksit ince film biriktirme yöntemleri ile çeşitli altlıklar yüzeylerine ince filmler halinde biriktirilmektedir. TiO2 ince filminler kobalt (Co), krom (Cr), kalay (Sn), alüminyum (Al) ve bakır (Cu) gibi çok çeşitli katkı malzemeleri ile birlikte katkılanarak kristal yapı, yasak enerji aralıkları ve saydamlık gibi özellikleri değiştirilerek ince filmin yapılarının iyileştirilmesi sağlanmaktadır. Kaplama yöntemlerinden daldırarak kaplama yöntemi; farklı boyut ve şekillerdeki altlıkların kaplanabilmesi, uygulamanın basitliği, ileri teknoloji ya da pahalı cihaz gereksiniminin olmaması, istenilen kalınlığa göre süreç tekrarının yapılabilmesi, deneysel parametrelerin istenilen kaplama özelliğine göre değiştirilebilmesi gibi avantajları ile ön plana çıkarmaktadır. Bu çalışma kapsamında; sol-jel daldırarak kaplama yöntemi ile katkısız TiO2, Al ve Cu metalleri ile katkılı TiO2 ince filmleri cam altlıklar üzerine biriktirilmiştir. %1, %3, %5 üç farklı katkılama oranlarında Al, Cu katkılı TiO2 ince filmler üretilerek; katkılamanın morfolojik, yapısal ve optik özellikler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Üretilen katkısız ve Al, Cu Katkılı TiO2 ince filmlerin yapısal özellikleri X-Işını Kırınımı (XRD) Cihazı, morfolojik özellikleri Alan Emisyonu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve optik özellikleri UV-Vis. Spektrofotometresi kullanılarak karakterize edilmiştir. Karakterize edilen filmlerin fotovoltaik hücre katmanı olarak kullanımı simule edilmiştir.
Biyokütleden karbonize iletken elektrot malzemesi üretimi ve biyoelektronik uygulamalarda kullanımı
Biyosensörler ve yakıt hücreleri biyobelirteçlerin tayini başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Enzimatik biyosensörler ve enzimatik yakıt hücreleri enzimlerin fizyolojik şartlarda çalışabilmeleri, yüksek özgüllükleri ve küçük ölçekte tasarım imkânı sağlamaları nedeniyle öne çıkan sistemlerdir. Bu çalışmada, farklı biyokütle kaynakları kullanılarak karbonizasyon yöntemiyle iletken elektrot malzeme hazırlanmış ve elde edilen bu karbonize malzemenin biyoelektronik uygulamalardaki performansının incelenmiştir. Bu kapsamda ilk olarak, hasır otu püskülü (TT) ve kedi söğüdünden (PW) karbonizasyon yöntemiyle iletken karbonize malzemeler elde edilmiştir (CTT ve CPW). Elde edilen karbonize malzemeler fiziksel, kimyasal ve elektrokimyasal yöntemlerle karakterize edilmiş, baskı devre karbon elektrotlar üzerine kaplanmış ve yüzeylerine glikoz oksidaz enzimi tutuklanmıştır. Daha sonra en uygun enzim tutuklama yöntemi belirlenmiş ve biyosensör çalışma potansiyeli, uygulanan enzim ve mediyatör miktarları optimize edilmiştir. Hazırlanan elektrotlar test edilerek, tekrar edilebilirlikleri, raf ömürleri, girişim etkileri, doğrusal çalışma aralıkları, tayin limitleri (LOD ve LOQ) belirlenmiş ve gerçek numune testleri gerçekleştirilmiştir. Daha sonra bu elektrotlar platin karası ile geliştirilen katot ile birleştirilerek yakıt hücresi testleri gerçekleştirilmiştir. CTT ve CPW modifiye elektrotların 5 mM glikoz derişimde tekrar edilebilirlik bağıl standart sapma değerleri sırasıyla % 6,67 ve %12,85 olarak elde edilmiş, 30 günün sonunda akım değişiminin sırasıyla %12,33 ve %19,56 olarak bulunmuştur. Biyosensör, muhtemel girişim yapması beklenen ürik asit, askorbik asit ve insülin varlığında test edildiğinde glikoz cevabına karşı bu maddelerin anlamlı bir girişim etkisi görülmemiştir. Sensörün doğrusal çalışma aralığı her iki malzeme için de 0 – 10 mM olarak belirlenmiş, CTT ve CPW için LOD değerleri ise sırasıyla, 0,45 mM ve 0,31 mM; LOQ değerleri ise sırasıyla 1,35 mM ve 0,93 mM olarak hesaplanmıştır. Biyosensörlerin glikoz tayini için uygulanabilirliği gerçek numune (çilek, vişne ve kayısı reçeli) testleri ile gösterilmiştir. Son olarak, CTT ve CPW ile hazırlanan yakıt hücrelerinden üretilen maksimum güç yoğunluğu değerleri ise sırasıyla 3,54 µW/cm2 ve 3,31 µW/cm2 olarak elde edilmiştir.
CdS filmlerinin elektrodepozisyon ile üretiminde depozisyon potansiyeli ve elektrot pozisyonlarının etkileri
Bu çalışmamızda CdS yarıiletken filmler elektrokimyasal depozisyon yöntemi ile elde edilmiştir. Filmlerin üretiminde kronoamperometri metodu kullanılmıştır. Filimlimlerin üretimi iki aşamalı olarak yapılmıştır. Birinci aşamada; farklı kathodik potansiyel değerlerinde film üretimleri yapılmıştır. Üretilen filmler analiz edilerek optimum kathodik potansiyel değeri belirlenmiştir. İkinci aşamada; filimlerin üretiminde beş farklı kapak kullnılmıştır. Böylece çalışma elektrodu, referans elektrot ve karşıt elektrot arasındaki mesafeler değişmiştir. ikinci aşamadaki tüm üretimler birinci aamada belirlenen optimum kathodik potansiyel değeri kullanılarak gerçekleşmiştir. Üretilen tüm filmlerin optik özelikleri, UV-VIS cihazı kullanılarak dalga boylarına karşı absorbans değerleri ölçümleri sayesinde belirlenmiştir. Filmlerdeki yapısal karakteristik özelikler XRD analizleri ile belirlenmiştir. Filmlerin elementsel ve morfolojik yapıları SEM-EDX cihazı kulanılarak detaylandırılmıştır. Filimlerin yüzey pürüzlüğünün belirlenmesi için üretilen CdS filmlerin SEM görüntüleri Image J Sofware programında işlenmiştir ve yüzey derinlik katsayıları hesaplanmıştır. Yapılan tüm analizler değerlendirilerek, güneş pili alt tabanı üretimi için optimum koşulları sağlayan CdS filmler belirlenmiştir.
Metal Nanoparçacık Dekore Nanokompozitlerin Isı Aktarımı Etkilerinin İncelenmesi Ve Metanol Oksidasyonu Uygulamaları
Bu çalışmada, bir sulak alan bitkisi olan ve hasırotu veya kedi kuyruğu olarak bilinen Typha shuttleworthii püskülünün (TT) karbonsu nanomalzeme olarak enerji uygulamalarında kullanılabilirliği değerlendirilmiştir. TT'nin kimyasal aktivasyon ve karbonizasyon süreçlerinin ardından öğütülmesi ile boyutu 50-250 nm arasında olan karbonsu TT (CTT) elde edilmiştir. CTT'nin uygun fonskiyonelleştirme işlemlerinin ardından, ortalama boyutu 30 nm olan AuNP'ler CTT ile başarılı bir şekilde kompleks oluşturmuştur. Kompleks oluşturma işlemi karbodiimid rotası üzerinden kendiliğinden düzenlenme mekanizması ile gerçekleştirilmiştir. Elde edilen CTT-AuNP'ler SEM ve EDX analizleri ile karakterize edilmiştir. CTT-AuNP'nin kütlece %0.01-%0.5 oranlarında etilen glikol ile oluşturduğu nanoakışkanlar, 12 saat süresince kararlılığını korumuştur. Nanoakışkanların kübik kapta iki yönlü ısı aktarım performansı MATLAB kullanılarak teorik ve termal kamera kullanılarak deneysel olarak incelenmiştir. Elde edilen en yüksek ısı aktarım katsayısı 0,367±0,021 W/mK olmuştur. Teorik hesaplamalar ile deneysel ölçümler uyumlu bulunmuştur. Son olarak, üretilen nanomalzemenin doğrudan metanol yakıt hücresi (DMFC) uygulamalarında kullanılabilirliği test edilmiştir. Bu amaçla, CTT-AuNP metanol oksidasyon reaksiyonu (MOR) için elektrot olarak kullanılmıştır. GC'nin pik akım yoğunluğu yaklaşık 0,199 mA/cm2 iken Au nanoparçacık içeren GC/CTT-AuNP elektrot yüzeyinde 1,229 mA/cm2 olarak maksimum değere ulaşmıştır. AuNP modifiye karbon malzemenin metanol oksidasyonunu elektrokatalitik olarak artırdığı anlaşılmıştır. GC/CTT-AuNP elektrot üzerinde yapılan tarama hızı çalışmalarında 0,1 M perklorik asit ortamında 0,5 M metanolün voltamogramları alınmış, metanolün oksidasyonunun difüzyon kontrollü olduğu görülmüştür. Sonuç olarak AuNP katkılı karbon nanomalzemenin metanol oksidasyonu reaksiyonlarında kullanma potansiyeli olduğu görülmüştür. Doğal ortamda bol miktarda bulunan bir bitkiden elde edilen malzemenin, çevre dostu ve katma değeri yüksek bir katalitik ürün ile bir ısı aktarım bileşeni olarak kullanılabilecek alternatif bir nanomalzeme olduğu tespit edilmiştir.
Elektrikli araçlarda yerleşik şarj cihazı sistemlerinin simülasyon ortamında analizi
Son yıllarda gelişen teknoloji ile birlikte ülkemizde ve dünyada elektrikli araç üretiminin ve kullanımının hızla arttığı görülmektedir. Fosil yakıt kaynaklarının sınırlı olması, doğaya zarar vermesi ve kullanıcı için maliyetinin yüksek olması gibi etkenler elektrikli araçlara olan ilginin artmasına yol açmıştır. Artan ilgi ile birlikte elektrikli araç teknolojisinde kritik öneme sahip menzil, batarya ömrü ve şarj süresi gibi problemler zamanla çözülmeye başlanmıştır. Bu problemlerin çözülmesi, diğer araç üreticilerinin de elektrikli araç teknolojisi üzerine çalışma yapmasının yolunu açmıştır. Bu kapsamda elektrikli araç bataryaları, yerleşik şarj cihazları, hızlı şarj teknolojisi ve otonom araç teknolojisi gibi konular üzerinde birçok çalışma yapılmış ve iyi seviyede ilerleme kaydedilmiştir. Bu tez çalışmasında, elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan yerleşik şarj cihazı topolojilerinden üç tanesi seçilerek simülasyon ortamında analiz edilmiş olup alınan çıktılar ışığında topolojilerin verimlilikleri, güvenilirlik durumları, maliyetleri ve kontrol algoritmaları karşılaştırılmıştır. İlerleyen yıllarda elektrikli araç kullanımının daha fazla artacağı düşünüldüğünde, şebekelerden araçlara enerji aktarımı sırasında kayıp olarak ortaya çıkan enerji miktarının, yüksek seviyelere çıkacağı söylenebilir. Bu kapsamda yerleşik şarj cihazı için seçilecek güç elektroniği topolojilerinin öncelikli olarak verim esaslı karşılaştırılması uygundur. Topoloji seçiminde karşılaştırma konusu olacak diğer önemli etkenler ise sistem güvenilirliği, maliyet ve kontrol algoritmalarıdır. Sistem güvenilirliği, topoloji kaynaklı meydana gelebilecek arızalardan aracın diğer bileşenlerinin etkilenmemesi veya az etkilenmesi yönünden oldukça önem arz etmektedir. Öte yandan düşük maliyet ve kolay kontrol edilebilirliği bakımından topolojilerin kontrol algoritmalarının mümkün olduğunca basit yapıda olması beklenmektedir. Son olarak, elektrikli araçların ticari birer ürün olduğu düşünüldüğünde, yerleşik şarj cihazlarında kullanılacak güç elektroniği topolojilerinin, diğer tüm ticari ürünler gibi uygun maliyetli olması gerekmektedir. Tez çalışmasında, incelenen tasarımlar ve alınan sonuçlar doğrultusunda, topolojiler bu dört ana başlık altında karşılaştırılmıştır.
Denizsuyu pompaj depolamalı hidroelektrik santraller: Hatay bölgesinde örnek çalışma
Ülkeler teknolojilerini geliştirdikçe sanayilerinin enerji ihtiyaçları her geçen gün artmaktadır. Ülkelerin teknolojik gelişimleri refah düzeyinin artacağının güzel habercisi olurken, enerji kıtlığı yaşanmasının kötü haberci sayılır. Gelişmekte olan ülkeler arasında Türkiye, sanayileşmeden ve artan nüfustan kaynaklı enerji talebini sınırlı kaynaklarından karşılamaya çalışmaktadır. Ülkemiz enerji politikalarını, tükenebilir (fosil) enerji kaynaklarından ziyade tükenmez enerji kaynaklarına yani yenilenebilir enerji kaynaklarına göre belirlemelidir. Enerjide dışa bağımlı olmamak ve sürdürülebilir kalkınma için mevcut enerji kaynaklarımızı daha verimli kullanmamız gereklidir. Enerji ihtiyacının fazla olmadığı saat veya dönemlerde ise mevcut enerji kaynaklarımız değerlendirilerek enerjisi depolanmalıdır. Depolanan enerji pik saatlerde enerji taleplerini karşılamada kullanılmalıdır. Bu çalışmada enerji depolama yöntemlerinden deniz suyu pompaj depolamalı hidroelektrik santraller araştırılmış ve Hatay'da Akdeniz alt rezervuarlı bir santral tasarlanmıştır. Hatay ilinin Samandağ ilçesinde tasarlanan santral 265 m kotuna 4.000.000 m3 hacimli üst rezervuara, 650 m uzunluğunda ve 5 m çapında beton kaplamalı iletim hattına, 1 adet şafta, 150 m uzunluğunda ve 5 m çapında kuyruk suyu tüneline, 25 m kotunda santral binasına ve 4 adet türbine sahiptir. Tasarlanan santralin kurulu gücü 326 MW, yıllık net kazancı 16.705.440 $ olarak hesaplanmıştır.
Güneş pillerinde kullanılan ZnO, CdS, CdSe VE PbS ince filmlerin kimyasal banyo biriktirme yöntemi ile üretilmesi ve karakterisazyonu
Modern dünyanın en temel ihtiyacı enerjidir. Ekonomik, siyasi ve coğrafi faktörler, enerji arzının güvenliği ve sürekliliğini tarih boyunca etkilemiş ve etkilemeye devam etmektedir. Bu durum fosil yakıtlara alternatif olabilecek teknolojilere olan ilgiyi artırmıştır. Güneş enerjisi, alternatif enerji kaynakları arasında sürdürülebilir ve çevre dostu bir seçenek olarak öne çıkar. Uygulanabilirliği, bağımsızlığı ve uzun ömürlü olması gibi üstün özelliklere sahiptir. Bu çalışmada, güneş pillerinin yanı sıra çeşitli optoelektronik cihazlar, lazer diyotlar, piezoelektrik dönüştürücüler, gaz ve nem sensör uygulamaları gibi geniş kullanım alanına sahip yarıiletken ince filmler Kimyasal Banyo Biriktirme (KBB) yöntemi ile üretildi. II-VI grubu yarıiletkenlerden çinko oksit (ZnO), kadmiyum sülfür (CdS) ve kadmiyum selenyum (CdSe), IV-VI grubu yarıiletkenlerden ise kurşun sülfür (PbS) araştırılmıştır. ZnO ince filmlerin üretimi sırasında inhibitör olarak sodyum tiyosülfat (Na2S2O3), CdS ince filmlerin üretimi sırasında ise sodyum sülfit (Na2SO3) kullanılmıştır. PbS ince filmler üretilirken çözelti sıcaklıkları 20°C'den 0°C'ye düşürülmüştür. CdSe ince filmleri kimyasal banyo biriktirme yöntemi ile üretilirken kadmiyum klorür (CdCl2), Etilen diamin tetra asetik asit (EDTA), amonyak (NH3), selenourea (CSe(NH2)2) ve Na2SO3 ilk kez bir arada kullanılmıştır. Üretilen filmlerin optik, yapısal ve morfolojik özellikleri sırası ile UV-vis, FTIR, XRD ve SEM analizleri yapılarak incelenmiştir. ZnO ince filmleri üretilirken inhibitör olarak Na2S2O3 kullanılmasının, üretilen ince filmlerin geçirgenlik değerlerinde ve enerji bant aralıklarında önemli bir artışa neden olduğu, kristal yapıdaki safsızlıkları giderdiği ve kullanılan inhibitör miktarı arttıkça film yüzeylerindeki nano çiçeklerin azaldığı sonucuna varılmıştır. CdS ince filmleri üretilirken, Na2SO3'in inhibitör olarak kullanılması filmlerin kristal yapısının kübik fazdan altıgen faza kaymasına, filmlerin enerji bant aralılarının 2.35 eV'den 2.49 eV'ye yükselmesine ve altıgen yapıda elde edilen filmlerin yüzey pürüzlülük değerlerinde azalmaya neden olmuştur. CdSe ince filmlerin üretiminde kullanılan yöntem, altıgen yapıya sahip CdSe ince filmlerin oda sıcaklığında ve tavlamaya ihtiyaç duymadan üretilebileceğini göstermiş, cam tabanlara iyi yapışan deliksiz ve çatlaksız ince filmler oldukça kısa biriktirme sürelerinde üretilmiştir. Ayrıca optik ölçümlerden elde edilen veriler kullanılan Na2SO3 miktarının optimize edilmesiyle filmlerin soğurma ve geçirgenlik değerlerinin kontrol edilebileceği sonucuna ulaşmamıza neden olmuştur. PbS ince filmler üretilirken çözelti sıcaklığının düşürülmesi kristalit boyutlarının azalmasına, yüzey pürüzlülüğünün artmasına neden olmuştur. XRD sonuçları 10 ve 15 ℃'de elde edilen filmlerin pik şiddetlerinin diğer filmlere göre daha yüksek olduğunu, SEM görüntüleri ise 10 ℃'de üretilen film yüzeyinde delik ve çatlaklar olmadığını göstermiştir.
Fotovoltaik bir santral tasarımının kurulum öncesi ve sonrası tekno-ekonomik karşılaştırmalı analizi
Bu çalışmada Bilecik ilinde bulunan bir fabrikanın enerji ihtiyacını karşılamak için güneş enerji santralinin çatı üstüne kurulumuele alınmıştır. Çalışmanın başında çatının üstüne kurulacak olan güç tespit edilerek"PVSYST" sistemi ile güneşlenme süresine, gölgelenmeye ve kurulacak gücü esas alınarak kullanılacak malzeme özelliklerine göre hesaplamalar yapılmıştır. Malzemeler belirlendikten sonra maliyet hesabı yapılaraküretim gücüne göre amortisman süresi belirlenmiştir. Tasarımı yapılan söz konusu sistemin fabrikadaki sahada kurulumu yapıldıktan sonra bir yıl boyunca üretim verileri ve maliyet hesapları aylık olarak alınarak üretim değerleri ile kw/h ücreti ile hesaplanarak kazanç ücretleri elde edilmiştir. Kazanç ücretine göre amortisman süresi tekrar hesaplanarak maliyet açısından çatı üstü güneş enerji santralinin avantajlı olduğu gözlemlenmiştir. Yapılan çalışma neticesinde ülkemizde fabrikaların çatı alanlarını değerlendirmenin enerji yönünden faydalı olacağı kanısına varılmaktadır.
Sulama sistemlerinde enerji ve su optimizasyonu
Su kontrol sistemleri için zaruri olan kısıtlı miktardaki kullanılabilir su kaynaklarının geçmişe oranla daha etkili, verimli ve tasarruflu kullanılma zorunluluğu, bu tezin ve tez içerisinde ortaya konulan donanımsal algoritmanın ortaya çıkarılmasında etkili olmuştur. Su kontrol sistemlerinin otomatik kontrolü geçmişte sadece valf ve şamandıradan ibaret bir şekilde tasarlanırken, günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte basınç şalterleri ve sensör teknolojileri de sistem tasarımlarında yer almaya başlamış olmakla birlikte bu sistemler sürekli gelişim arz etmektedir. Burada gerçekleştirilen çalışmada; toprak nem sensörü, hava sıcaklık sensörü ile kuyu, depo ve hidrofor tankına ait üçlü model üzerinde elektrot algılayıcılar kullanılarak, su kontrol sistemlerinde enerji ve su optimizasyonu ile değişken durumlara uyumlu olarak aktif modülasyonda gerçekleştirilmiştir. Elektrik enerjisinin üretiminde, değişken maliyetli farklı yöntemler kullanılmakla birlikte, enerji ekonomisinin sağlanması adına, bu enerjinin su kontrol sistemlerinde tasarruflu kullanılması da azımsanmayacak derecede önem arz etmektedir. Burada, sulama amaçlı kullanılan su tüketiminde, bitkinin su ihtiyacının yeterli miktarda karşılanma durumu simülatif olarak benzetilerek, su kaynaklarından çekilen suyun ve su kontrol sistemlerinin çalışmasında kullanılan elektrik enerjisinin minimuma indirgenmesini amaçlayan bir çalışma gerçekleştirilmiş ve elde edilen veriler açıklanmıştır. Sistemin çalışmasının temel şartları; hava sıcaklığı ve toprağın nem durumunun gerektirmesine bağlı olarak, kaynak depoda suyun, tesisatta ise elektrik enerjisinin mevcut olmasıdır. Çalışmada toprak, bitkisel su tercihleri ve atmosferik verilerin dışında; su kaynağı, depolama sistemleri ve su kontrol sistemlerinden elde edilen veriler değerlendirilmiştir. Sulama sistemlerinde su ve enerji tasarrufunun en etkili ve verimli yöntemleri algoritmalar kullanılarak modellenmiş ve açıklanmıştır. Verilerin değerlendirilmesi belirlediğimiz kriterlere göre, mikroişlemci mimarisini içeren "PIC" yapısı üzerinde otomatik olarak yapılmakta olup, sistem farklı mimari yapılara da entegre edilebilmektedir.
Bilecik ili merkez ilçesinde kamu binalarının enerji etkin bina tasarım kriterlerine göre değerlendirilmesi
Bu çalışma, Türkiye'deki kamu binalarının enerji etkin bina tasarım kriterleri kapsamında Yapı enerji performansını ölçmektedir. Ampirik veriler, çok boyutlu, standartlara dayalı bir yönteme dayalı analizi oluşturmaktadır. Yeşil bina derecelendirme sistemlerinin kamu hizmet binalarında daha uygulanabilir hale getirilmesi hedefinden yola çıkan bu araştırmanın temel problemi, literatür de "performans açığı" olarak tanımlanan durumun yalnızca teknik altyapı yetersizliklerinden değil, aynı zamanda kurumsal ve yönetsel yetkinlik yetersizliklerinden de kaynaklandığını öne süren bir hipoteze dayanmaktadır. Bu hipotezi sınamak için, küresel yeşil bina derecelendirme sistemlerinin (LEED, BREEAM) ve yerel yasaların (BEP-TR, TS 825) ihtiyaçlarını bir araya getiren altı konu ve 50 kuraldan oluşan bir kontrol modeli oluşturuldu. Karma yöntemli bir çalışma, Bilecik bölgesinde farklı kullanım türlerine sahip altı devlet binasına yönelik bir vaka çalışması olarak gerçekleştirildi. Veriler, sayısal puanlama, konuşma tabanlı iç görü ve yerinde izleme yoluyla çapraz kontrol edildi. Sonuçlar, kamu binalarının genel olarak "Orta" seviyede performans gösterdiğini ve teknik potansiyel ile kurumsal uygulama arasında uyumsuzlukların olduğunu da göstermektedir. Elde edilen bulgular arasında iki yapısal zayıflık öne çıkmıştır. Genel olarak kamu binalarında su verimliliği sistematik olarak göz ardı edilmektedir. En yüksek skoru alan yapıda dahi teknik yatırımların, İşletme ve Bakım mekanizmalarıyla desteklenmediği görülmüştür. Ayrıca, yeni binaların yüksek performanslı dış kabuklara sahip olmalarına rağmen, zayıf enerji yönetim sistemleri nedeniyle genel olarak kategorik olarak Orta Seviye seviye düzeyinde kaldıkları tespit edilmiştir. Bu bakımdan, çalışma kapsamında ele alınan kamu yapılarında gözlemlenen performans farkları, mevcut sorunların yalnızca teknik altyapıdan kaynaklanmadığına dair önemli ipuçları sunmaktadır. Bu çalışma, Türkiye'de kamu yapılarının sürdürülebilir dönüşümünün önündeki temel engellerin sadece teknik kapasite eksikliği olup olmadığını sorgulamaktadır. Elde edilen ilk veriler ve literatür taraması, kamu binalarının enerji etkin tasarım ilkeleri açısından dönüşümünün önündeki en önemli engelin kurumsal yeterlilik düzeyi olabileceği hipotezini güçlendirmektedir. Elde edilen sonuçlar mevcut yapıların iyileştirilmesi için yol haritası önermektedir.
Soğutma sistemlerinin enerji verimlilikleri ile ilk yatırım maliyetlerinin karşılaştırılması
Çalışmanın amacı, bir soğutma sistemi seçerken kişisel isteklere uygun, somut olan ve somut olmayan kriterleri bir arada değerlendirerek, kurulum maliyetinden başlamak üzere birçok kriter kapsamında bir karar verme şablonu oluşturmak ve alternatifli seçimleri sayısal olarak göstermektir. Bu amaçla Ankara ili özelinde bir mimari plan belirlendi, Carrier HAP programı kullanılarak ısı kazanç hesapları yapıldı. Elde edilen veriler ile, ülkemizde ve dünyada yaygın olarak kullanılan soğutma sistemlerinin tasarımı yapıldı. Tasarımı yapılan sistemlere ait kurulum maliyeti, bakım masrafı, enerji tüketimi, sera gazı emisyonu, dış ünite için kurulum alanı, gerekli şaft alanı, dış ünite ses şiddeti, iç ünite ses şiddeti, kullanım kolaylığı hesaplandı. Bu hesaplamalar ve belirlenen diğer kriterler ise çok kriterli karar verme yöntemlerinden, analitik hiyerarşi prosesi (AHP), VIKOR ve TOPSIS ile incelenen seçimlerin birbirleri ile karşılaştırılmasının matematiksel yönü ortaya konmaya çalışıldı.
Monte Carlo yöntemiyle VVER-1200 reaktöründe toryum içerikli alternatif yakıtların nötronik performansa etkisinin araştırılması
Gelişen teknoloji sayesinde nükleer güç santrallerinde nükleer atıkların ve uranyuma olan bağımlılığın azaltılması ile yakıt maliyetlerinin düşürülmesi yönünde yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Dünyada bilinen uranyum rezervlerinin sınırlı olması, nükleer güç santrallerinde yaygın olarak kullanılan uranyum dioksit yakıtların alternatiflerinin araştırılmasına neden olmuştur. Toryum kaynaklarının uranyum kaynaklarından çok daha fazla olduğu göz önüne alındığında toryum tabanlı yakıtlarla ilgili çalışmalar önemini giderek artırmaktadır. Bu çalışmada VVER-1200 reaktörünün homojen ve heterojen yakıt düzenine sahip bir yakıt demeti için düşük zenginlikli uranyum ile toryum (UO2+ThO2), reaktör sınıfı plütonyum ile toryum (rgPuO2 + ThO2), silah sınıfı plütonyum ile toryum (wgPuO2 + ThO2) yakıtı kullanımının nötronik performans üzerine etkileri ve yakıt yanma oranlarına bağlı olarak yakıt bileşimi değişimleri ile reaktör güvenliği açısından önem arz eden güvenlik parametreleri incelenmiştir. Bu çalışmadan elde edilen bulgular dikkate alındığında, toryum tabanlı yakıtların kullanımıyla 235U kullanımının asgari düzeye indirilebileceği ve 235U'e olan bağımlılığın azaltılabileceği, plütonyum tabanlı yakıtların kullanımı ile VVER-1200 güç reaktörünün yakıt geometrisinde herhangi bir değişiklik yapmadan benzer işletme koşulları altında daha yüksek yanma oranlarına ya da işletme sürelerine sahip olabileceği ve böylelikle yakıt çevrimi maliyetlerini düşürebileceği değerlendirilmektedir. Toryum tabanlı plütonyum yakıtlar, geleneksel toryum tabanlı uranyum yakıtlarla karşılaştırıldığında çok daha yüksek toryum ve plütonyum tüketim oranlarına sahip oldukları belirlenmiştir. Bu yüzden hafif su reaktörlerinde tasarımında önemli bir değişiklik yapılmaksızın kullanılma imkânından dolayı umut vadeden bir yakıt karışımı olarak karşımıza çıkmaktadır.
Savonius rüzgâr türbini aerodinamik performansının Taguchi metodu ile artırılması
Savonius rüzgâr türbinleri bir dikey eksenli rüzgâr türbini çeşididir. Bu türbinler kanatları sayesinde rüzgârı toplar ve elektrik jeneratörleri vasıtasıyla elektrik üretirler. Bu çalışmada kanat tipi, kanat örtüşme oranı, kanat ayrılma mesafesi ve kanat kalınlığının bir savonius rüzgâr türbini aerodinamik performansına olan etkisi realize edilebilir k-epsilon türbülans modeli kullanılarak sayısal olarak incelenmiştir. Her bir parametre için 3 farklı değer belirlenmiştir. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizleri için ANSYS Fluent, Taguchi optimizasyon metodunun uygulanması için ise Minitab yazılımı kullanılmıştır. Yapılan analizler sonucunda 0,15 kanat örtüşme oranı, -7,5 mm kanat ayrılma mesafesi, 2 mm kanat kalınlığı ve eliptik kanatlara sahip rüzgâr türbininden en yüksek aerodinamik performans gözlemlenmiştir. Yüksek kanat uç-hız oranlarında modifiye edilmiş türbin ve klasik türbin arasındaki aerodinamik performans farkının düşük kanat – uç hız oranlarına göre daha fazla olduğu görülmüştür. Kanat uç-hız oranı 1,4 iken güç katsayısında yaklaşık %92,2 artış gözlemlenmiştir. Ayrıca optimizasyon sonucunda türbinin optimum kanat-uç hız oranı değeri değişmiştir.
Üzüm posası kurutma sisteminin tasarımı ve deneysel analizi
Üzüm tarımsal faaliyet sonucu elde edilen bir besin maddesi olup meyve suyu, pekmez ve şarap üretim tesislerinde preslenerek suyunun sıkılıp, üzüm suyu üretildikten sonra posanın atılması şeklinde yaygın olarak tüketilmektedir. Atık üzüm posası içerisinde barındırdığı antioksidanlar, fenolik bileşikler, protein ve yağlar ile ilaç, kozmetik ve yem sanayilerinde kullanılabilecek kaynak teşkil etmektedir. Posanın hem raf ömrünün uzatılması hem de kabuk ve çekirdek kısımlarının ayrıştırılması amacıyla kurutulması gerekmektedir. Atık bir ürünün ekonomiye kazandırılmasında çevreci, ekonomik ve enerji verimli sistemler kullanılması önem arz etmektedir. Bu çalışmada, havalı güneş kolektörlü kurutma sistemi tasarımı yapılarak üzüm posası kurutma deneyleri yapılmıştır. Güneş enerjisinden maksimum verim elde edebilmek amacıyla güneş kolektörü emici plakasına kanatçıklar eklenmiştir. Deneysel çalışmalar 1,5; 2 ve 2,5 m/s kurutma kabinine giriş hava hızlarıyla gerçekleştirilmiştir. Üzüm posasının başlangıçta yaş baza göre nem içeriği %55 olarak belirlenmiş ve deneyler sonucunda %5'e kadar indirilmiştir. Üzüm posası havalı güneş kolektöründe 1,5 m/s hava hızında 200 dakikada, 2 m/s hava hızında 220 dakikada ve 2,5 m/s hava hızında ise 400 dakikada kurutulmuştur. Elde edilen sonuçlarla 1,5; 2 ve 2,5 m/s hava hızlarına göre sırasıyla havalı güneş kolektörün ortalama termal enerji verimleri sırasıyla %42, %51, %47 olarak hesaplanmıştır. Bu çalışma ile üzüm posasının tasarlanan güneş enerjili kurutma sistemi ile başarılı bir şekilde kurutulabildiği görülmüştür.
Türkiye'nin enerji ve çevre toplam faktör verimliliği
Günümüzde dünya nüfusunun hızla artması, sanayileşme ve teknolojide olan ilerlemeler neticesinde enerji talepleri artmaktadır. Dünya'da konvansiyonel enerji kaynaklarının sınırlı olması ülkelerin sahip oldukları kaynakları daha etkin ve verimli kullanma gerekliliklerini ortaya çıkarmaktadır. Avrupa Birliği'ne aday bir ülke olan Türkiye, sahip olduğu genç nüfus, sanayileşme gücü ve dinamik ekonomik yapısı ile gelişmekte olan bir ülkedir. Bu nedenle Türkiye'nin enerji ihtiyaçları da gün geçtikçe artmaktadır. Türkiye'nin bulunduğu jeostratejik konumdan dolayı üye ülkeler arasında enerji ve çevre performansının belirlenmesi önem arz etmektedir. Bu çalışmada, Türkiye'nin enerji ve çevre parametreleri göz önünde bulundurularak, AB üyesi ülkeler arasındaki konumunun belirlenmesi noktasından hareketle yedi farklı model oluşturulmuştur. Bu modeller, yenilenebilir enerji etkinliği, enerji üretim ve verimlilik etkinliği, enerji verimliliği etkinliği, brüt nihai enerji tüketimine göre yenilenebilir enerji etkinliği, sera gazı emisyonu etkinliği, ithalat bağımlılığı etkinliği ve elektrik fiyat etkinliği'dir. Türkiye'nin AB ülkelerine göre karşılaştırmalı kesit analizi, Veri Zarflama Analizi ve Malmquist Index yöntemlerinden yararlanılarak yapılmıştır. Bir ülkenin Malmquist verimlilik endeksinin 1,0'den büyük olması etkinliğinde gelişme olduğunu göstermektedir. VZA birden fazla girdi ve çıktı değişkeni kullanarak benzer türden karar verme birimleri (KVB) için etkinlik değerlendirme amaçlı kullanılan parametrik olmayan bir yöntemdir. Yapılan analizlerde 2015-2017 yılları arasında, 30 adet Avrupa ülkesinin verileri kullanılmıştır. Türkiye'nin 2017 yılına ait ortalama Malmquist endeksleri 1,058, 1, 0,990, 0,880, 0,490, 0,717, 1,248 olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak, Türkiye'nin brüt nihai enerji tüketimine göre yenilenebilir enerji etkinliği modeli, enerji üretimi ve verimlilik etkinliği modeli ve elektrik fiyatı etkinliği modellerinde AB ülkelerine göre ilerleme gösterdiği tespit edilmiştir.
Düşey film evaporatörlerde tasarım geometrisinin etkin akış dağılımı üzerine etkilerinin incelenmesi
Düşey film evaporatörler gıda endüstrisinde ürünlerin konsantre edilmesi amacı ile yaygın olarak kullanılmaktadır. Evaporasyon işlemi en temeli ile ürün içerisindeki suyun uzaklaştırılarak kuru madde oranının arttırılması işlemidir. Modern toplum yapısının gelişmesi ile beraberindeki daha iyi için arayış, buharlaştırıcı teknolojisinde ihtiyaçlara karşılık sunması amacı ile gelişmelerin ihtiyacını doğurmuştur. Literatürde uygulanan tüm ısı transferi yaklaşımları sıvının tamamen homojen ve etkin olarak ısıtma yüzeyleri üzerinde dağıldığı varsayımına dayandırılmıştır. Literatürde görünen bu kısıt ve yetersizlik bu çalışmanın ve çalışma kapsamında sunulan modelin motivasyon kaynağını oluşturmuştur. Bu tez çalışması kapsamında, düşey film buharlaştırıcıların tasarım kriterleri incelenmiş, optimum tasarım için gerekli parametrelere bağlı olarak tasarım kritik noktaları oluşturulmuştur. Akışın dağıtılması ve ısı transferi arasındaki matematiksel ilişki kurularak modellenmiştir. Yapılan modelleme ile akış dağılımına göre en uygun tasarım geometrisinin oluşturulması hedeflenmiştir. Yapılan çalışma ile literatürde etkin akış dağılımı varsayımı ile yapılan ısı transferi yaklaşımları için varsayım parametreleri birer girdi olarak tanımlanmış; akış dağılım modeli ile entegre edilmiş buharlaşma teorisi açıklanmıştır. Nümerik analiz sonucunda elde edilen optimum tasarım girdileri, Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) akış dağılımı simülasyonu ile karşılaştırılmış; tasarım doğrulaması gerçekleştirilmiştir. Düşük çapta buharlaşma hacmi ve dağıtım deliği ile kısa jet yüksekliğinin hem ısı transfer hem de akışın dağılımı açısından daha etkili olduğu görülmüştür. Bu çalışma ile düşey film buharlaştırıcılar için optimizasyon tanımı akış dağılımı ile entegre ısı transferi kavramı olarak literatüre kazandırılmıştır.
Isı borulu havadan havaya ısı geri kazanım ünitelerinde performansın iyileştirilmesi
Isı geri kazanımı çalışmaları tüm zamanlarda araştırmacılar tarafından sıklıkla çalışılan konular arasında yer almıştır. Dünya genelinde enerji kaynaklarının tükenme noktasına geldiği şu günlerde bu konu daha da ilgi çekici bir hale gelmiştir. Atık ısı geri kazanım üniteleri sayesinde dikkate değer bir enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Bu tez çalışmasında ısı borusu içeren havadan havaya bir ısı geri kazanım ünitesinin performansının 2 farklı nano akışkan kullanarak iyileştirilmesi üzerine deneysel bir araştırma yapılmıştır. Performans göstergeleri olarak ısıl verim, ısıl direnç ve ısı boruları boyunca olan sıcaklık dağılımları dikkate alınmıştır. Isı borularında saf su yerine kullanılan nano akışkanlardan biri CuO ve Fe nano partikülleri ile hazırlanan hibrit nano akışkan olup diğeri de sadece CuO nano partikülü ile hazırlanan nano akışkandır. Sonuçlar kanal içi Re sayılarına göre kıyaslanmıştır. CuO+Fe/Saf Su hibrit nano akışkanı ile diğer akışkanlara göre daha yüksek verim ve iyileşme oranları elde edilmiştir. En yüksek verim değerine CuO+Fe/Saf Su nano akışkanının kullanıldığı soğuk kanal Re sayısının 7000 ve sıcak kanal Re sayısının 16600 olduğu koşulda %28,2 olarak ulaşılmıştır. En yüksek iyileşme oranı da yine bu akışkanın kullanıldığı soğuk ve sıcak kanal Re sayılarının sırasıyla 12300 ve 10550 olduğu deneyde % 86,8 olarak elde edilmiştir. Isı borularının evaporatör sıcaklığının ve ısıl dirençlerinin azaltılması konusunda da akışkan sıralaması iyiden kötüye doğru CuO+Fe/Saf Su, CuO/Saf Su ve saf su şeklinde olmuştur. Bu tez çalışmasında ayrıca sistem ANSYS Fluent 19 programında 2 boyutlu olarak modellenmiş ve sayısal bir çözüm de yapılmıştır. Sayısal analizde elde edilen ısıl verim değerleri deneysel sonuçlara göre daha küçük değerlerde olmuştur. İki analiz arasında %2 ile %13,1 arasında değişen değerlerde farklar oluşmuştur. Bu aralık literatürde yer alan kabul edilebilir aralıktadır.
Girdaplı bir yakıcıda dağıtılmış yanma tekniğinin alev stabilizasyonu ve NOx emisyonu üzerine etkileri
Girdaplı yakıcılar günümüzde farklı endüstriyel alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Girdaplı akışlar ile yanma tepkimelerinin verimliliği arttırılabilmekte ve alev stabilizasyonu sağlanabilmektedir. Yanma işlemleri sonucunda ısı elde edilmekle birlikte aynı zamanda NOX gibi çeşitli kirletici emisyonlar oluşmaktadır. Bu vb. kirletici emisyonlar hava kirliliğine, küresel ısınmaya ve asit yağmurlarına neden olması dolayısıyla canlılar için tehdit oluşturmaktadır. Bu zararları olabildiğince azaltabilmek amacıyla çeşitli sınırlandırmalar getirilmiştir. Yanma işlemi sonucunda oluşan NOX emisyonunu kontrol altına almak için çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Bu çalışmada bir girdaplı yakıcı modellenmiştir. Yakıcıda metan ve hidrojen hava ile yakılmış ve dağıtılmış yanma tekniğinin alev stabilizasyonu ve NOX üzerine etkileri incelenmiştir. Metan-hava ve %10-%50 arası CO2 seyreltmesi yapılmış hava ile metan yanmasının yanma odasındaki sıcaklık ve NOX emisyonları incelendiğinde yanma odasına verilen CO2 miktarının sıcaklığı ve NOX emisyonunu düşürdüğü gözlemlenmiştir.
Yenilenebilir enerji üretim projelerinde özgür yatırım & merkezi yönetim modeli
Türkiye'de yenilenebilir enerji ile elektrik üretiminde son yıllarda dikkate değer artış gözlenmektedir. Bununla birlikte Türkiye'nin yenilenebilir enerjide sahip olduğu potansiyelin yalnızca çok küçük bir dilimini kullanabildiği de ortadadır. Mevcut yasa ve yönetmeliklere bağlı olarak yenilenebilir enerji yatırımları kamu girişimlerinden ziyade özel girişimlerle gerçekleştirilmektedir. Ancak özellikle dünyanın birçok ülkesinde görülebilen yenilenebilir enerji kooperatiflerine ise henüz Türkiye'de rastlanmamaktadır. Bu durumun avantajlarının olduğu kadar dezavantajlarının da olduğu yadsınamaz bir gerçektir. Türkiye'de vatandaşların küçük ölçeklerde bile olsa özgürce yatırım yapabileceği, devletin ise bu yatırımları düzenleyip enerji arz güvenliğini sağlayabileceği yeni bir sistem; yenilenebilir enerjiyi Türkiye'nin lokomotifi haline getirebilecektir. Bu çalışmada yenilenebilir enerji üretim projelerinde "Özgür Yatırım & Merkezi Yönetim" modeli ile Türkiye'nin sahip olduğu yenilenebilir enerji kapasitesini kısa sürede faydalanılabilir kapasite haline getirecek yöntemin mevcut duruma göre avantajlarından bahsedilmiştir. Özellikle Türkiye'nin güneş enerjisi, rüzgâr enerjisi ve biyokütle enerjisinde bölgesel bazda sahip olduğu potansiyel, mevcut kurulu güç ile kıyaslanarak yenilenebilir enerji konusunda alınması gereken yolu ortaya koymuştur. Yapılan çalışmalar Türkiye'nin güneş enerjisinde en az 87 GW, rüzgâr enerjisinde en az 114 GW ve biyokütle enerjisinde en az 56 GW kurulu güce ulaşabilecek potansiyelinin olduğunu göstermiştir. "Özgür Yatırım & Merkezi Yönetim" modelinin hayata geçirilmesi ile Türkiye'de en az 500 Milyar Dolar olduğu tahmin edilen yastık altı birikimlerinin üretime kazandırılacağı, her bir yenilenebilir enerji yatırımının amortisman süresinin ortalama en az 15 ay kısalacağı, amortisman sürelerindeki kısalmanın Türkiye'nin milli sermayesine yıllık yaklaşık 4 milyar TL katkı sağlayacağı, doğaya salınan sera gazı emisyonunda yıllık en az 100 milyon ton CO2 azalacağı değerlendirilmektedir.
Binalarda enerji verimliliğinin etkinlik analizi
Başlangıçta çevresel sorunlar ve endişeler neticesinde bir çözüm olarak ortaya çıkan sürdürülebilir kalkınma, sonrasında çevre ile birlikte sosyal ve ekonomik gelişimi odak noktasına koyarak ülke politikalarına yön vermiştir. Toplumsal, finansal ve ekolojik sürdürülebilirlik arasında bir denge kuran sürdürülebilir kalkınma ile çevre kıt olan doğal kaynakların yüksek verimlilikle değerlendirilmesi, dünyayı daha az kirleten ve dünyaya daha az sera gazı yayan enerji kaynaklarının ve teknolojilerinin kullanılması suretiyle korunurken; sosyo-ekonomik gelişme ise enerjinin güvenilir ve sürdürülebilir olarak temin edilmesiyle sağlanmaktadır. Bu minvalde enerji, stratejik bir unsur ve gösterge olarak sürdürülebilir kalkınmanın merkezinde yer almaktadır. Çevre ekseninde de anahtar bir role sahip olan enerjiye duyulan ihtiyaç, ekonomik büyüme ile refah düzeyi, nüfus, sanayileşme ve kentleşmedeki artışa paralel olarak artmış ve bu durum da özellikle Türkiye gibi enerjide dışa bağımlı ve gelişmekte olan ülkelerde, sürdürülebilirliğin sağlanması noktasında, enerji tasarrufu ile enerji verimliliğini sanayi, bina, ulaştırma, elektrik gibi sektörlerde zaruri hale getirmiştir. Türkiye'deki toplam sera gazının yaklaşık dokuzda birinin bina kaynaklı olduğu, enerji tüketiminin yaklaşık dörtte birinin binalarda gerçekleştiği ve yaklaşık 2,25 milyar TL değerinde de bina enerji tasarruf potansiyelinin bulunduğu göz önüne alındığında binalar, üzerinde durulması gereken hususların başında gelmektedir. Bu çalışmada, bina enerji verimliliği kapsamında Türkiye'deki Enerji Kimlik Belgesi (EKB) uygulamasının konut enerji verimliliğine olan etkisi sürdürülebilirlik ekseninde illerin enerji ve çevre performanslarının belirlenmesi suretiyle araştırılmıştır. Bu maksatla, 81 ilin ilgili enerji ve çevre göstergeleri üzerinden 2015-2017 dönemi için dört model oluşturulmuştur. Söz konusu modeller, EKB sınıflandırma etkinliği, EKB kullanım etkinliği, sera gazı etkinliği 1 ve sera gazı etkinliği 2'dir. Çalışmada statik ve dinamik analiz için Veri Zarflama Analizi, Malmquist Toplam Faktör Verimlilik Endeksi ile Süper Etkinlik modelinden yararlanılmış ve EMS ile DEAP programları kullanılmıştır. Analizde model bazında etkin ve etkin olmayan iller ile bölgeler belirlenmiş, iller etkinliklerine göre sıralanmış, etkin olmayan illerin etkin olabilmesi için referans alması gereken iller ve hedef değerleri ortaya konmuştur. Bununla birlikte 81 il ve Türkiye'nin Malmquist verimlilik endeksi skorları hesaplanmıştır. Çalışma neticesinde elde edilen sonuçlar mikro ve makro ölçekte değerlendirilmiş ve Enerji Kimlik Belgesi uygulamasının enerji verimliliği alanındaki etkinliğinin artırılması için önerilerde bulunulmuştur.
NACA kanat modellerinde pürüzlülük etkisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Rüzgâr türbinleri başta olmak üzere akışkan ile çalışan sistemler üzerinde yer alan kanat yapısı aerodinamik performans açısından büyük önem arz etmektedir. Bu çalışmada, NACA 0015 kanat profilinin emme yüzeyinde yüzey pürüzlülüğünün aerodinamik performansa olan etkisi incelenmiştir. Yaygın olarak kullanılan tasarım programlarından birisi olan Rhinoceros ile NACA 0015 kanat profilinin hücum kenarından farklı uzaklıklarda ve sayılarda olan modifiyeli kanatlar elde edilmiştir. Ansys Fluent paket yazılımı kullanılarak viskoz akış çözüm yöntemlerinden olan k-ε türbülans modeli ile sayısal çözüm yapılmıştır. Bu çalışmada, düşük Reynolds sayısına sahip olan (4.28x104) akış için 0° ile 35° arasında sayısal analizler yapılmıştır. Sonuçlar analiz edildiğinde K2 profili stall açısına ulaştıklarında diğer kanatlara göre daha yüksek CL sağlamıştır. Aerodinamik performans açısından değerlendirildiğinde K1 kanadı K0'den %1 ve K2 kanadından %2,5 fazladır. K0 kanat profili en yüksek CL değerine 7,5°'de ulaşırken, K1 kanadı 15° ve K2 kanadı 12,5°'de ulaşmıştır. Pürüzlü yüzeylerden dolayı K1 ve K2 kanat profili K0 profiline göre daha yüksek aerodinamik performansa sahip olduğu gözlemlenmiştir. Bununla beraber 3 boyutlu yazıcı yardımı ile elde edilen katı modeller Gazi Üniversitesi Enerji Sistemleri Mühendisliği Rüzgâr Tüneli Laboratuvarında yer alan rüzgâr tünelinde deneysel olarak da incelenmiştir. Deneysel ve sayısal olarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır ve örtüştüğü görülmüştür.
Konvansiyonel tip gaz yakıcı cihazlarda tek kademeli fanların frekans kontrollü fana dönüştürülerek performansının deneysel olarak incelenmesi
Bu çalışmada, hermetik gaz yakıcı cihazlarda LPG'nin yanması sonucu açığa çıkan baca gazların emisyon değerleri ve harcanan yakıt miktarı göz önüne alınarak her zaman optimum düzeyde yanma gerçekleştirilmek istenmiştir. LPG'nin yanması için hava ile %2 – 9, doğalgazın ise %5 – 15 arasında karışması gerekmektedir. En ideal karışım oranı ise doğalgaz için %9, LPG için ise %6,5'tir. Hermetik gaz yakıcı cihazlarda bulunan tek ve/veya iki kademeli fanlar her zaman hava-yakıt karışım oranını en ideal şekilde sağlayamamaktadır. Tasarlanan deney setinde, enerjinin daha verimli bir şekilde kullanımını sağlamak ve çevresel etkilerini minimuma indirmek amaçlanmıştır. Deney setinde, laboratuvar şartlarından dolayı yakıt olarak LPG kullanılmıştır. Deneyler, yaz konumunda, kullanım suyu debisi 3, 4 ve 5 lt/dk için her bir debide kullanım suyu sıcaklığı 40, 45 ve 50 °C'de, tasarlanan elektronik devre kartı vasıtası ile kombi fan hızı 8.6, 9.6, 10.6 ve 11,6 m/s hızlarda deneyler yapılmıştır. Deneylerin sonucunda, harcanan yakıt miktarının değişimi ve baca gazı analizleri yapılarak sistem performansı deneysel olarak incelenmiştir. Yapılan çalışma sonunda kullanım suyu debisi 5 lt/dk ve kombi fan hızı minimum seviyede (8,6m/s) iken 10 dakikalık ölçüm sonucu harcanan yakıt miktarı 210 g, CO emisyon değeri 165 ppm ve NO emisyon değeri 79 ppm olarak ölçülmüştür. Kullanım suyu debisi 5 lt/dk ve kombi fan hızı maksimum seviyede (11,6 m/s) iken 10 dakikalık ölçüm sonucu harcanan yakıt miktarı 210 g, CO emisyon değeri 232 ppm ve NO emisyon değeri 65 ppm olarak ölçülmüştür. Gözlemlenen sonuçlar yakıt miktarında değişim olmadığı ve fan hızı artırıldığında CO emisyon değerinin arttığı, NOx emisyonlarında ise azalma olduğu gözlemlenmiştir. Konfor şartları göz önüne alındığında aylık 30 saat sıcak su kullanımında 3 lt/dk debi ve 45 °C kullanım suyu için LPG yakıtı kullanıldığında yapılan deneyler sonucu aylık 215 TL maliyet çıkmaktadır. Aynı zamanda NOx emisyonlarının ErP yönetmeliği kapsamında yaklaşık olarak uygun olduğu, harcanan yakıt miktarı da diğer debi ve kullanım suyu sıcaklıklarına göre de uygun olduğu yapılan deneyler sonucu göstermiştir. Deneyde fan hızı maksimum fan hızından, minimum fan hızına indirildiğinde suyun sıcaklık değerlerinde 1-2 °C artış gözlemlenmiştir.
Soğutma sistemleri için yeni nesil bir enerji depolama ünitesi tasarımı ve termodinamik analizi
Enerji kaynaklarından elde edilen enerjinin devamlılığını sağlama ve arz talep dengesini kontrollü bir şekilde yönetebilme isteği enerji depolama çalışmalarını ön plana çıkarmıştır. Enerji depolama türlerinden olan, termal enerji depolama ısı ve soğu enerjisinden fazlaca yararlanılan iklimlendirme ve kurutma sistemleri için enerjinin etkin kullanımını sağlayabilmektedir. Bu çalışmada, çift etkili ısı pompası sisteminde buzda enerji depolama ile soğu depolama ve sıcak su depolama tankı ile de ısı depolama gerçekleştirilmektedir. Böylece endüstriyel kurutma sistemi için gerekli olan termal enerjinin tek bir sistem ile karşılandığı bir tasarım yapılmıştır. R32 ve R290 soğutucu akışkanlar için termodinamik analizler yapılarak sistem performansları hesaplanmıştır. Elde edilen verilere göre çift etkili performans katsayıları (COP çift etkili) R290 soğutucu akışkanı için 7, R32 akışkanı için de 6,75 olarak hesaplanmıştır. Akışkanların sistemle uyumlulukları ve etkinlik katsayıları birbirine benzerlik göstermiştir. Çevresel etkileri kıyaslandığında ise her iki akışkanın da ozon tüketme potansiyeli (OTP) 0 olmasına rağmen, düşük küresel ısınma potansiyeli (KIP) ile R290 ön plana çıkmıştır. Isı pompası sisteminde çoklu elektrik tarifesine göre buz ve sıcak su depolanması durumunda geleneksel bir ısı pompası sistemine kıyasla enerji maliyet analizi gerçekleştirilmiştir. Sistemde saat başına 1 ton buz üretilerek 8 saat buzda enerji depolama ve atık ısının sıcak su olarak depolanması ile R290 soğutucu akışkanı için 45 676 TL/yıl, R32 akışkanı için 47 792 TL/yıl enerji maliyetinden tasarruf edilmiştir. Literatürde yer alan çalışmalarla kıyaslandığında ise hem buzda enerji depolanması hem de sıcak su depolanması ile daha yüksek sistem COP değeri elde edilmiştir. Ayrıca doğalgazlı kazan yerine atık ısı depolaması gerçekleştirilerek R290 soğutucu akışkanlı sistem için yıllık 22,7 ton, R32 akışkanlı sistem için 23,7 ton CO2 emisyon salımı engellenmiştir. Enerji sistemlerinde sürekliliğin, ucuzluğun, verimliliğin ve çevresel etkilerin azaltılmasının sağlanabilmesi açısından yapılan tasarım endüstriyel kurutma sistemleri için alternatif bir seçenek oluşturacaktır.
Endüstriyel gıda üretim sistemlerinde ısı geri kazanım için yeni nesil borulu eşanjör tasarımı
Ülke nüfuslarının gün geçtikçe artması enerjiye duyulan ihtiyacın ve tüketimlerin artmasına neden olmuştur. Bunun sonucu olarak enerji kaynaklarının sürekli azalması, taleplerin ise giderek artması enerji verimliliğini ve ısı geri kazanımının önemini artırmıştır. Isı enerjisi çoğu proseste ihtiyaca göre kullanılıp, verimsiz bir şekilde atmosfere atılmaktadır. Atılan bu ısı kaynağının ısı değiştiriciler yardımı ile tekrar prosese gönderilmesi enerji verimliliği sağlayacaktır. Ancak bu enerji kaynağını doğaya bırakmaya devam edersek ekonomik anlamda gelir elde edemezken, doğayı da kirletmeye devam edeceğiz. Bu tez çalışmasında, daha önceki çalışmalar kapsamlı bir şekilde incelenerek püskürtmeli kurutma sistemindeki atık ısıdan absorbsiyonlu soğutma ve yeni nesil borulu eşanjör yardımı ile giriş havasının ön ısıtması için ısı geri kazanımı hedeflenmiştir. Bunun sonucunda, çoğu literatür çalışmasında yapılan 20 °C sıcaklıktaki taze havanın direkt hava ısıtıcısında ısıtılmasının aksine, ortam havasına atık ısıdan yararlanılarak ön ısıtma yapılmış ve 110,42 °C sıcaklığa yükseltilmiştir. Böylece hava ısıtıcısında %49,7 oranında verim artışı sağlanmıştır. Amonyak ve su karışımının kullanıldığı sistemin soğutma performans katsayısı 0,67, soğutma verimi %49,6, ısıtma performans katsayısı 2,02 ve ısıtma verimi de %41,2 olarak hesaplanmıştır. Tasarlanan bu sistem ile %49,7 oranında karbon salımı azaltılmıştır. Tasarlanan yeni nesil eşanjör ile boru uzunluğundan %16,39 oranında tasarruf sağlanmıştır.
Plakalı ısı değiştiricilerde ısı transferine ve plaka ömrüne etki eden parametrelerin analizi
Eşanjör ya da ısı değiştirici, farklı sıcaklıklardaki en az iki akışkanı, birbirine karıştırmadan aralarında ısı aktarımını sağlayan cihazlardır. Plakalı ısı eşanjörleri ilk ticari uygulamalarından bu yana çok sayıda konut ve endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ekipmanların istenilen performansta ve sistemin güvenilir çalışma sıcaklığında tutulabilmesi, sermaye yatırımı için enerji tasarrufu ve sistem ekonomisinin iyileştirilmesi, termal-hidrolik performansının arttırılması çok önemlidir. Bu sebeple daha verimli yenilikçi tasarımlar yapma ihtiyacı doğmuştur. Bu çalışmada, literatürdeki tek fazlı akışkanlar kapsamında plakalı ısı değiştiricilerde gerekli olan ısı aktarımı için ısı transferine ve plaka ömrüne etki eden parametreler Klima, Isıtma ve Soğutma Enstitüsü (AHRI) standardı dikkate alınarak detaylıca incelenmiştir. Böylece ısı aktarımında verimliliğin daha da arttırılması amaçlanarak sürdürülebilirlik hedeflenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre şevron açısı (β), ısı transferi ve basınç kaybında etkili parametredir. Şevron açısının artması yaklaşık olarak ısı transfer katsayısını 2,5 ile 2,8 kat, basınç kaybını ise 5 kat arttırır. Plakalarda oluşturulan akış kanallarında, besleme debisinin artması şevron açısına bağlı olarak ısı transfer katsayısını 3 ile 7 katı arasında, basınç kaybının ise 4 ile 20 kat arasında artmasına neden olur. Sabit besleme suyu debisinde ve sabit şevron açısında kanal derinliğinin artması veya plaka adımının azalması, ısı transfer katsayısını %30'a, basınç kaybını ise 3 kata kadar arttırır. Ortamdaki klor ve sülfür varlığı plaka korozyonunu hızlandıran ana unsurlardır. Bu nedenle aşınma ve kirlilik ısı transferini olumsuz etkileyen en önemli nedenlerin başında gelir. Akışkanın fiziksel ve kimyasal özelliği ise hem ısı transferini hem de plaka ömrünü etkileyen ortak parametredir. Isı transfer katsayısı ve izin verilen basınç kaybının yüksek olması daha düşük ısı transfer alanlarının oluşmasını sağlar. Bu durum tasarımı yapılan sistemin daha az plaka kullanılarak ve daha düşük ilk yatırım maliyeti ile çözülebilmesi anlamına gelir. Korozyon dayanımı yüksek malzemeler ise plaka ömrünü ve ilk yatırım maliyetini artırır. Plakalı ısı değiştiricilerde plaka malzemesinin cinsi ve kalınlığı, sahip olduğu geometrik yapı, plaka dizilimi ve akış yönlendirmesi, kirlenme ısı transferini etkilerken; imalat, tasarım ve uygulama hataları plaka ömrünü etkilen önemli faktörler olarak belirlenmiştir.
Isıl enerji depolamalı yeni bir güneş enerjisi destekli ısı pompasının sayısal ve deneysel analizi
Bu tez çalışmasında, güneş enerjisi destekli ısı pompası sisteminin sürdürülebilir ve verimli bir şekilde ısıtma yükü sağlayabilmesi için ısı pompası sisteminin kondenseri ile entegreli yeni bir ısıl enerji depolama ünitesi tasarlanmıştır. Bu amaçla tasarlanan ısıl enerji depolama ünitesindeki faz değiştiren malzemenin ısıl davranışını karakterize etmek için Ansys-Fluent programı kullanılarak sayısal analiz gerçekleştirilmiştir. Isıl enerji depolama ünitesi öncelikle hava kaynaklı ısı pompası sisteminde deneysel olarak test edilmiştir ve sonrasında yeni bir güneş destekli ısı pompası sistemi geliştirilerek bu sistemde de deneysel analizleri gerçekleştirilmiştir. Güneş enerjisinden hem elektrik hem de ısı enerjisi elde ederek sürdürülebilir bir ısıtma sistemi için yeni bir fotovoltaik-termal destekli (güneş destekli) ısı pompası sistemi geliştirilmiştir. Isıl enerji depolamalı yeni bir güneş destekli ısı pompasının sayısal ve deneysel analizleri tamamlanıp sonuçlar sunulmuş ve karşılaştırılmıştır. Isı pompası sistemleri için önemli bir ölçüt olan performans katsayısının ortalama değerleri hava kaynaklı ısı pompası sistemi için 2,24-2,34; güneş destekli ısı pompası sistemi için 2,32-2,77 ve fotovoltaik-termal destekli ısı pompası sistemi için 2,93-3,18 arasında değişim göstermiştir. Güneş destekli ve fotovoltaik-termal destekli ısı pompası sistemleri için tasarlanan çift geçişli havalı güneş kolektörünün ve çift geçişli fotovoltaik-termal panelin ortalama ısıl verimleri meteorolojik koşullara bağlı olarak sırasıyla %56,05 ve %55,33 olarak hesaplanmıştır. Ek olarak, çift geçişli fotovoltaik-termal panelin elektriksel performansını analiz edebilmek için aynı fotovoltaik panel ile karşılaştırılmıştır. Tasarlanan çift geçişli fotovoltaik-termal panelin ortalama elektriksel verimi %16,35 olarak hesaplanmış ve fotovoltaik panele göre elektriksel verimde %1,28 oranında bir artış gösterdiği bulunmuştur. Isıl enerji depolama ünitesindeki faz değiştiren malzeme sırasıyla hava kaynaklı, güneş destekli ve fotovoltaik-termal destekli ısı pompası sistemlerinde 180, 150 ve 183 dakikada tamamen eridiği (ısı depolama) ve 348, 307 ve 343 dakikada tamamen katılaştığı (ısı salınımı) gözlemlenmiştir. Isı pompası sistemi için tasarlanan ısıl enerji depolama ünitesinin sayısal sonuçları %6,56 mutlak hata ile deneysel sonuçlarla uyumlu bulunmuştur.
Sıcaklık-bağıl nem kontrollü konvektif infrared bir kurutucunun tasarımı ve deneysel analizi
Endüstride kurutma prosesi yoğun olarak kullanılmakta olup enerji tüketiminde önemli bir paya sahiptir. Kurutma, gıda ürünlerinin bozulmasını engellemek amacıyla uygulanan suyun uzaklaştırılması işlemidir. Ceviz yüksek antioksidan içeriği sebebiyle popüler bir yemiştir ve hasat edildikten sonra bozulmadan saklanabilmesi için kurutulması gerekmektedir. Cevizin kurutulması uzun zaman alan ve enerji yoğun bir işlemdir. Literatürde kuruyemişlerin kurutulmasında daha çok sıcak hava kullanıldığı görülmektedir. Ancak infrared teknolojisinin kuruyemiş kurutulmasında kullanıldığına dair çok az çalışma bulunmaktadır. Kuruyemiş kurutulmasında infrared konvektif bir kurutucunun enerji ve ekserji analizine ise rastlanmamıştır. Bu tez kapsamında kaliteden ödün vermeden enerji tüketimini azaltmak ve kuruma süresini kısaltmak amacıyla açık ve kapalı çevrim olmak üzere iki farklı sistem tasarlanmış ve üretilmiştir. Açık çevrim kurutma sistemi, sıcaklık kontrollü olarak, kapalı çevrim kurutma sistemi sıcaklık ve bağıl nem kontrollü olarak gerçekleştirilmiştir. 2019 yılında hasat edilen Bilecik bölgesi cevizleri açık sistemde, 2020 yılında hasat edilen Bilecik bölgesi cevizleri açık ve kapalı sistemde kurutulmuştur. Cevizin kurutma kinetikleri oluşturularak analiz edilmiş, enerji-ekserji analizi ve performans hesaplamaları yapılmıştır. Açık ve kapalı çevrim kurutma sisteminde kurutulan 2020 yılında hasat cevizlerinin kül ve yağ değerleri, renk özellikleri, yağ kalite özellikleri, yağ asidi kompozisyonu, toplam fenolik madde miktarı ve antioksidan kapasitesi incelenmiştir. Açık ve kapalı çevrim kurutma sisteminde infrared teknolojisinin kuruma süresini kısalttığı, enerji tüketimini azalttığı ve gıda kalitesini iyileştirdiği sonucuna varılmıştır. Ürün kaynak mesafesinin 20 cm olduğu konvektif infrared kapalı çevrim kurutma sistemi ceviz kurutma prosesi için en uygun sistem olarak belirlenmiştir. Bu tez çalışması ile ceviz kurutulmasında konvektif infrared bir kurutucunun enerji ve ekserji analizi, performans analizi, kurutma kinetikleri ve gıda analizi sonuçları literatüre kazandırılmıştır.
Eş merkezli iç içe borulu ve plakalı ısı değiştiricilerde grafen nano plaka (GNP)-CUO/saf su hibrit nano akışkanın performansının deneysel olarak incelenmesi
Günümüzde birçok farklı uygulamada kullanılan ısı değiştiricilerdeki ısı transferi performansının iyileştirilmesi için iş akışkanı olarak nano akışkanların kullanımı tercih edilen yöntemlerden biridir. Hibrit grafen nano plaka bakır oksit (GNP-CuO) ve saf sudan oluşan hibrit nano akışkanın kullanıldığı bu çalışma eş merkezli iç içe borulu ve plakalı iki farklı ısı değiştiricide gerçekleştirilmiştir. Eş merkezli iç içe borulu ısı değiştiricide gerçekleştirilen deneyler paralel ve zıt akışta gerçekleştirilmiştir. Bu deneylerde hibrit nano akışkanın ısıl performansı deneysel olarak incelenmiştir. Hibrit nano akışkanın hazırlanması sırasında iki aşamalı yöntem uygulanmıştır. Hacimce %0,5 oranlarında GNP ve CuO nano partikülleri, %0,05 oranında ise yüzey aktifleştirici olarak sodyum dodesil benzen sülfonat kullanılmıştır. Yüzey aktifleştirici ile nano akışkanın kararlılığının artırılması ve nano partiküllerin çökelmesinin önlenmesi amaçlanmıştır. Eş merkezli iç içe borulu ısı değiştiricide farklı sıcak akışkan akış debilerinde gerçekleştirilen deneyler sonucunda toplam ısı transferi katsayısında paralel akışta ortalama %5,5, zıt akışta ortalama %13,7 artış sağlanmıştır. Plakalı ısı değiştiricide farklı soğuk akışkan çıkış sıcaklıklarında gerçekleştirilen deney sonucunda toplam ısı transfer katsayısında ortalama %16,7 artış sağlanmıştır. Elde edilen bu sonuçlarla, GNP + CuO / saf sudan oluşan hibrit nano akışkanın geleneksel çalışma akışkanlarına göre daha yüksek ısı taşınım katsayısına sahip olduğu ve ısı değiştiricilerin ısıl performansının iyileştirilmesi için tercih edilebileceği görülmüştür.