Atık Isıdan Elektriğe Geçiş

ÖZEL EGE LİSESİ
ATIK ISIDAN ELEKTRİĞE GEÇİŞ
HAZIRLAYAN ÖĞRENCİ: Emir İSKİFOĞLU
Dilara ŞEKURİ
DANIŞMAN ÖĞRETMEN: Melike GÜZEL
İZMİR
2016
İÇİNDEKİLER
1.Proje özeti.........................................................................................................................2
2.Projenin amacı..................................................................................................................2
3. Giriş.............................................................................................................................3-4
4.Yöntem...........................................................................................................................5-6
4.1. İki yüzey arasında ısı farkının arttırılması ile elektrik eldesi………………...................5
4.2. TEG in tek bir yüzeyinin ısıtılması ile elektrik eldesi……………………………………..6
5. Ulaşılan sonuçlar ve sonuçların değerlendirilmesi........................................................6-7
6. Proje Bütçesi...................................................................................................................7
7.Kaynaklar................................................................................................................8
1
Proje Adı: ATIK ISIDAN ELEKTRİĞE GEÇİŞ
1. Proje Özeti
Elektrik enerjisi, özellikle kullanım kolaylığıyla, her alanda yaşamın içerisine girmiştir
ve dünyada en çok kullanılan enerji türüdür. Elektriğin kül bırakmaması ve havayı
kirletmeme özelliği de başka bir üstünlüğüdür. Günümüzde elektrik enerjisi, çeşitli
yollardan elde edilmektedir. Örneğin hidrolik, termik, nükleer, doğalgaz, rüzgâr ve güneş
gibi enerji kaynaklarından faydalanılmaktadır.
Fosil enerji kaynaklarının ciddi cevre sorunlarına yol açması, rezervlerinin yakın
gelecekte tükenecek olması, kaynak ülkelere bağımlılığın çeşitli sorunlara yol açması
yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi arttırmıştır. Gelişmekte olan, mevcut enerji
yapısı yüksek oranda dışa bağımlı olan Türkiye’de de aynı durum söz konusudur.
Hızlı sanayileşme ile birlikte dünyanın ısı kullanım teknolojileri de giderek gelişmiştir.
Birçok proseste kullanılan ısı, kullanıldıktan sonra atık ısı halini alır. Bu atık ısıyı elektriğe
çevirmek veya tekrar sisteme kazandırmak mümkündür.
Birçok endüstriyel tesiste de ortaya çıkan atık ısı, hiçbir yararlı iş yapmadan doğaya
salınır. Bunun önüne geçmek için atık ısı geri kazanım sistemleri geliştirilmektedir. Atık
ısıdan elektrik üretebilmek enerjide tasarrufun bir yolu olurdu. Eğer elektrik akımı ısı
üretebiliyorsa ısı da elektrik oluşturabilir.
Biz de bu projede iki yüzey arasında ısı farkı oluşturarak TEG yardımıyla elektrik
enerjisi ürettik. Böylece günlük yaşamda birçok yerde çevreye salınan atık ısı
değerlendirilerek temel ihtiyacımız olan elektrik enerjisine dönüştürülmüş ve enerji
tasarrufuna da katkıda bulunulmuş olacaktır.
2. Projenin Amacı
Bu projede amaç, mevcut elektrik üretme yöntemlerine alternatif olarak var olan ısı
enerjisini termoelektrik jeneratör sistemi yardımıyla elektrik enerjisine dönüştürmektir.
Böylece birçok alanda açığa çıkan atıl ısı hiçbir mekanik enerji dönüşüm sistemine ihtiyaç
duyulmadan elektrik enerjisine dönüştürülebilecektir.
2
3. Giriş
Günümüzde enerji, bütün ülkeler için büyük önem taşımaktadır. Gelişmiş ülkelerde
olduğu kadar, gelişme çabası içinde olan ülkelerde de gelişmeye paralel ve hatta onlardan
daha hızlı artan bir enerji talebi bulunmaktadır. Bu bakımdan bu ülkeler, her türlü
imkânlarından yararlanarak enerji üretimlerini artırmaya çalışmaktadırlar. Çünkü ülkelerin
güçlü bir ekonomik, siyasi, sosyal ve kültürel yapıya sahip olmasında en önemli faktörlerin
başında enerji temini hususu gelmektedir.
Günümüzde enerji üretim ve tüketim dengesini sağlayabilmiş kalkınmış ülkeler olduğu
gibi, ihtiyaç duyduğu enerjinin bir kısmını dışarıdan sağlama yoluna giden çok sayıda ülke
de vardır. Bu türlü ülkeler enerji ile ilgili dış alımlarda önemli döviz kaybına uğramalarının
yanında endüstrilerinin çalışma ve gelişmesinde dışa bağlı olma sakıncası ile de karşı
karşıya kalmaktadırlar.
Enerji kaynaklan arasında elektrik enerjisi, özellikle kullanım kolaylığı ve tüm ekonomik
ve sosyal yaşamın içerisine yoğun bir şekilde girmiş olması ile sayılamayacak diğer
avantajları sayesinde dünyada en çok kullanılan enerji türüdür. Ayrıca, elektriğin kül
bırakmaması ve havayı kirletmeme özelliği de başka bir üstünlüğüdür. Çünkü enerji temini
her ne kadar ön planda ise de çalışmalar sırasında çevre ve insan sağlığı da dikkate
alınmalıdır.
Günümüz teknolojisinin vazgeçilmez kaynağı olan elektrik enerjisi, çeşitli yollardan elde
edilmektedir. Bu enerjinin temininde hidrolik, termik, nükleer, doğalgaz, rüzgâr ve güneş
gibi primer enerji kaynaklarından faydalanılmaktadır.
Fosil enerji kaynaklarının dünyada ciddi cevre sorunlarına yol açması, rezervlerinin
yakın gelecekte tükenecek olması, kaynak ülkelere bağımlılığın çeşitli siyasi ve ekonomik
sorunlara yol açması ve fiyat istikrarsızlıkları gibi nedenlerden dolayı yenilenebilir enerji
kaynaklarına olan ilgi artmıştır. Özellikle gelişmiş ülkelerde yenilenebilir enerji kaynakları
olan hidrolik, rüzgar, jeotermal, güneş, biyokütle, dalga, hidrojen vb. enerji kaynaklarından
başta elektrik üretimi olmak üzere çeşitli yollarla yaralanılmaktadır. Gelişmekte olan bir
ülke olan Türkiye’nin de artan nüfus ve büyüyen ekonomisine paralel olarak enerji
kaynakları tüketimi yükselerek devam etmektedir. Mevcut enerji yapısı yüksek oranda
dışa bağımlı olan Türkiye, bu oranı azaltabilmek için bir yandan sınırları içinde fosil enerji
kaynakları hammaddesi arama çalışmaları yürütürken, diğer yandan da yenilenebilir enerji
kaynaklarının potansiyelinin belirlenmesi ve kullanımı konusunda çalışmalar yapmaktadır.
Bu şekilde ithal enerji kaynaklarına olan bağımlılık azalırken, enerji kaynakları da
çeşitlendirilecektir.
3
Hızlı sanayileşme ile birlikte dünyanın ısı kullanım teknolojileri de giderek gelişmiştir.
Birçok proseste kullanılan ısı, kullanıldıktan sonra atık ısı halini alır. Bu atık ısıyı yeterli
teknolojilerle elektriğe çevirmek veya tekrar sisteme kazandırmak mümkündür.
Atık ısı, makinelerde ve diğer ihtiyaç duyulan tüm proseslerde sisteme verilen ısının o
ekipmanda veya bölgede iş yapması sonucu oluşan, enerjisi düşük ısıdır. Makineler,
fırınlar, elektrik lambaları ve sobalar ısı yayarlar. Kullandığımız enerjinin çoğu ışık,
elektrik, kimyasal enerji, mekanik enerji sonuçta ısıya dönüşür. Her gün kullandığımız
enerjiden arta kalan ısıdır. Bu ısının çoğu kaybedilir. Isı önce atmosfere oradan da uzaya
gider. Havadaki atık ısı, bazı şehirlerdeki havayı değiştirmiştir. Bu şehirlerde eskisine göre
daha az yağmur ve kar yağar. Ayrıca, çevredeki yerler kışın kadar soğuk olmazlar.
Örneğin fosil yakıta dayalı enerji üretim santrallerinde su kullanılarak buhar elde edilir
daha sonra çeşitli sistemlerle elektrik üretilir. Fosil yakıtın yanması sonucu açığa çıkan ısı
sistemde kullanıldıktan sonra soğutma amacıyla denizlere, akarsulara veya atmosfere
verilir. Bu ısı özellikle verildiği bölgede deniz suyunun ısınmasına ve oradaki canlı
popülasyonu olumsuz yönde etkileyebilir.
Bunun dışında arabalarda egzoz borusundan çıkan ısı kışın arabayı ısıtmak için
kullanılmalı ama yazın havaya bırakılır. Kömür, doğalgaz veya nükleer yakıtla çalışan
tribünlerde yüksek sıcaklıkta kullanılan ısıl enerji, eğer kışın ısınmak için kullanılmazsa,
daha sonra ya döşenen borularla denizleri ırmakları ya da soğutma kulelerinde havayı
ısıtır. Birçok endüstriyel tesiste de ortaya çıkan düşük kalitedeki atık ısı, hiçbir yararlı iş
yapmadan doğaya salınır. Bu gibi olayların önüne geçmek için atık ısı geri kazanım
sistemleri geliştirilmektedir. Atık ısıdan elektrik üretebilmek enerjide tasarrufun bir yolu
olurdu.
Enerji türleri birbirine dönüşüm sağlayabilmektedir. Aslında formüler yapıdaki birçok
bilimsel olay tersinir özellik taşımaktadır. Örneğin bir bobin içinde hareket eden elektrik
akımı manyetik alanla buluşunca dönme hareketi oluşturmaktadır. Bunun tam tersi de
mümkündür. Bobin telleri üzerinde hareketli(değişken) bir manyetik alan sağlanabilirse
elektrik akımı oluşmaktadır. Buna benzer bir durum da elektrik enerjisinden ısı enerjisi
üretmek için de söz konusudur. Eğer elektrik akımı ısı üretebiliyorsa ısı da elektrik
oluşturabilir. Isıl farklardan yararlanarak elektrik enerjisi üreten sistemlere termoelektrik
jeneratör (TEG) denir.
Biz de bu proje ile iki yüzey arasında ısı farkı oluşturarak TEG yardımıyla elektrik
enerjisi ürettik. Böylece günlük yaşamda birçok yerde çevreye salınan atık ısı
değerlendirilerek temel ihtiyacımız olan elektrik enerjisine dönüştürülmüş ve enerji
tasarrufuna da katkıda bulunulmuş olacaktır.
4
4. Kullanılan Yöntem
Basit bir termoelektrik jeneratörü kullanarak iki farklı düzenek oluşturup her iki
düzenekte de ısı farkından elektrik enerjisi dönüşümünü gözlemledik.
.
4.1. İki yüzey arasında ısı farkının arttırılması ile elektrik eldesi
İki adet metal levhayı büktük. Bu metal levhalardan oluşturduğumuz plakaların iç
yüzeylerine termal macun sürerek TEG leri iki plaka arasına yerleştirdik. Plakaları
tutturucu yardımıyla sabitledik. Ayrı ayrı iki bardağı buzlu soğuk su ve kaynar su ile
doldurduk. Plakaların bir ucunu soğuk, bir ucunu sıcak suya batırdık. Bardaklarda bulunan
sıcak ve soğuk sulardaki ısı farkı alüminyum plakalar yardımıyla TEG e ulaştırıldı. TEG
sayesinde enerji farkından elektrik akımı oluşturuldu ve elde edilen enerji ile led lambanın
ışık vermesi sağlandı.
5
4.2. TEG in tek bir yüzeyinin ısıtılması ile elektrik eldesi
Civata kullanarak metal levha ile yer arasına bir yükselti oluşturduk. Yerle metal
arasına mum yerleştirdik. Daha sonra metal levha üzerine TEG leri sıcak tarafı yere
bakacak şekilde termal macun yardımı ile sabitledik. TEG in diğer yüzeyine hiçbir
soğutma yöntemi uygulamayıp açıkta bıraktık. TEG leri birbirlerine seri bağladık. Daha
sonra TEG kablolarını sistemde üretilecek olan elektiriğin voltajını ölçmek için
multimetreye bağladık. Sistem mumun yakılması ile elektrik üretmeye başladı.
5. Ulaşılan Sonuçlar ve Sonuçların Değerlendirilmesi
Kurduğumuz her iki düzenekte de ısı enerjisinden elektrik enerjisi üretebileceğimizi
gördük. Ancak ikinci düzenekte tek bir yüzeyin ısıtılması ile elde ettiğimiz elektrikle ilk
düzeneğimizde elde ettiğimiz enerjiyi kıyasladığımızda 1.düzenekte değerin daha yüksek
olduğunu gördük. Bundan dolayı bu yöntemde elde edilmek istenen enerjini daha yüksek
değerde ve verimli olması için iki yüzey arasındaki sıcaklık farkı oluşturulması gerektiğini
söyleyebiliriz. İki yüzey arasındaki sıcaklık farkı arttıkça sistemin verimi artacaktır.
Bu proje benzin veya türevi hibrit araçlarda kullanılmak üzere içten yanmalı
motorlardaki atıl ısıyı termoelektrik jeneratörler vasıtasıyla hibrit araçların bünyesinde
bulunan elektrik motorları için enerji üretmek amacıyla kullanılabilir. Benzin motorlarının
6
veriminin yapılan araştırmalarda %21 civarı olduğu bilinmektedir. Geriye kalan %79 luk
kısmın aracın hareketi için kullanılamadığı düşünüldüğünde projenin hibrit araçlar için çok
kullanışlı olacağını söyleyebiliriz. Araba egzozlarında oluşan ısıyı enerjiye dönüştürülebilir.
Projenin bir diğer uygulama alanı olarak dağcılık ve tırmanış vb spor dalları olarak
planlanlayabiliriz. Burada da dağcılıkla uğraşan insanların elektik ihtiyaçlarını karşılamak
için prototipi yapılan ünitenin benzerini kullanmaları öngörülebilir.
6. Proje Bütçesi
Termoelektrik Jeneratör
Alüminyum Levha(10x10x0,3 cm)
Mum
Vida (M5)
Somun (M5)
Krokodil Kablo
Elektrik Motoru
Ampul
Projenin toplam bütçesi: 130 TL
7
7. Kaynaklar
1. http://tucaum.ankara.edu.tr/wp-content/uploads/sites/280/2015/08/tucaum3_3.pdf
2. http://dergiler.ankara.edu.tr/dergiler/47/1924/20179.pdf
3. http://eng.harran.edu.tr/~hbulut/Termoelektrik.pdf
4. http://teknolojikarastirmalar.com/pdf/tr/01_0_6_3_57_396.pdf
5. http://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/atik-isi-geri-kazanimi/8796#ad-image-0
6. http://www.bilimania.com/haberler/4362-at-k-is-dan-elektrik-ueretmede-yeni-yoentem
8