Motorlarımızın enerjisi Nereye Gidiyor?

Yeni kuracağım 300 litrelik deniz akvaryumuma pompa aldım. Almadan önce akvaryum pompaları hakkında düşünürken ilginç bir şey dikkatimi çekti, sizinle paylaşmak istedim.

Motor alırken verdiği debiye bakıldığı kadar harcadığı enerjiye de bakılmalıdır. Örneğin 200 watt harcayan bir su pompası aldığı enerjinin tamamını ısıya verir. Yani elinizde kaç wattlık bir su pompası varsa o kadarlık bir ısıtıcının devamlı çalıştığını düşünebilirsiniz. Bu yaz aylarında akvaryumun ısınması açısından ve her daim elektrik faturası açısından dezavantajdır. 200 watt'ın tamamının ısıya dönüşmesi ilk bakışta inandırıcı gelmeyebilir. Ancak sisteme termodinamiğinde yardımıyla genel olarak bakarsak bunu rahatlıkla görebiliriz. Verdiğimiz elektrik enerjisinin bir kısmı motorda direk olarak ısıya dönerken bir kısmı ise suya kinetik enerji kazandırıyor. Eğer sistemimiz kapalı bir sistem olmasa da örneğin denizden deniz seviyesinin üstüne basan bir pompa olsa bir değişim söz konusu olur ve devamlı olarak suyu yukarıya taşıyıp potansiyel enerji kazandırırız. Ancak sistemimiz kapalı bir sistem ve toplam olarak bakıldığında ağırlık merkezinde hiçbir değişim yok, bu yüzden potansiyel enerji değişimi yok. İlk çalıştırmada akvaryum suyu belli bir hız kazanıyor ancak daha sonra bu hız değişmiyor, hız değişimi yok. Geriye ortaya çıkan ısı ve suyun iç enerjisinin değişimi kalıyor. Verilen 200 watt'ın tamamı buna yani suyu ısıtmaya yarıyor. Bu yüzden kaliteli mallardan kaçınmamalı, olabildiğince verimli motorlar almalıyız.

Kaynak: http://www.akvaryum.com/makale.asp?id=22&alt_kat=1315

Harcanan mekanik enerjinin ısı enerjisine döndüğünün farkına varmam şu şekilde olmuştu;

Bir arkadaşımın bana kısa süreliğine bakmam için verdiği 5 adet papağan ayrı bir akvaryumda ısıtıcısız olarak duruyorlardı ve balıklar iç motorun,kafa kısmından ayrılmıyorlardı.Demekki yanlış tahmin etmemişim.

Refet Bey,Saygılar ve sevgiler hocam....

Refet bey,

Hidrolik makinalar dersini alırsanız mutlaka karşılaşırsınız. Pompanın gücü P=1/ŋ.ρ.Q.H olarak gösterilir. 1/ŋ pompanın verimidir. Pompa imalatçısına bağlıdır. Kaliteli imalatçıda doğal olarak yüksek verimli pompa imal eder.

Bu konuda size tamamen katılıyorum. Kaliteli bir pompa işletim maliyeti ile 6 ay içinde kendini amorti eder.

bjkalley yazdı:

 İlk çalıştırmada akvaryum suyu belli bir hız kazanıyor ancak daha sonra bu hız değişmiyor, hız değişimi yok. Geriye ortaya çıkan ısı ve suyun iç enerjisinin değişimi kalıyor. Verilen 200 watt'ın tamamı buna yani suyu ısıtmaya yarıyor. Bu yüzden kaliteli mallardan kaçınmamalı, olabildiğince verimli motorlar almalıyız.

Refet bey, akışkandaki, motordaki ve diğer yüzeylerdeki sürtünme kaybını düşünürseniz verilen 200 W'lık gücün hepsi ısı olarak dönüşmez. Aynı zamanda 200 watt tabirini ısı enerjisi olarak algılamayın, aslında bir güç birimidir. Şöyle bir örnek vereyim:

200 wattlık bir pompa, daha düşük güç tüketen 60 wattlık bir ampulden daha az ısı yayar.

Verim konusunda tabii ki haklısınız.

Cihan Bey bahsettiğiniz güç kavramlarını iyi biliyorum. Bir sisteme enerji verdiğinizde değişimi incelersiniz. Peki bu enerji nereye gider ve sürtünmeye giden enerji nereye gider? Termodinamik görmüş birisi Q-W=U+K.E+P.E değişim denkleminden tamamının ısıya gittiğini anlayabilir. Aslında biraz üzerinde düşünülürse rahatlıkla görülebilir de. Akvaryum sabit durumda çalışıyor, t saniye tutun  ve bu saniyede motora verdiğiniz enerjiyi hesaplayın. Hesapladıktan sonra bunun nereye gittiğini bulmak için sisteme bakın. Hız değişmedi, hız süre ile değişse zamanla suyun hızı sonsuza ulaşırdı,  potansiyel enerji de değişmedi, değişseydi akvaryum uçardı, bu durumda tüm enerji suyun iç enerjisi ve ısıya gitmiştir, bu da enerjinin tamamen suyun sıcaklığını yükseltmeye gittiğini gösterir.

Emre Bey,

Bahsettiğiniz güç denklemini bilmiyorum, ilgili dersi almadım. Henüz sizin gibi mühendis değilim, bilgilendirdiğiniz için teşekkürler  

Saygılar,

Motor sabit hızda dönüyor, motorun hızı değişmiyor. Eğer bir cisim uzayda bir hızla gidiyorsa bırakılırsa sonsuza kadar aynı yönde aynı hızda gider. Burada verilen enerji ilk başta motor duruştan harekete geçerken motora veriliyor, daha sonraki tüm anlarda motor hareket için enerji harcamıyor, bir elinde alıp diğer elinden enerjiyi aynen veriyor, kendi harcamıyor. Pervansiyle bir enerji veriyor bunun da tamamı sürtünmeye yani ısıya gidiyor.

Saygılar,

Ömer Bey,

İlk mesajımda tamamının neden ısıya gittiğini belirttim. Dediğiniz gibi verimi %50 diyelim, %50 si direk ısıya dönüşür, %50 si de suya kinetik enerji kazandırır. Ancak su steady state durumdadır, yani akvaryumda hızı devamlı artan girdap oluşmadığına göre hız sabit, verilen yeni hız tamamen sürtünmeye gidiyor ve mevcut hıza düşüyor. Bu düşüşdeki enerji ısıya dönüşüyor.  Mekanik mil ile mıknatıs arasındaki mekanik aşınmaya giden enerji, ısı kaybının yanında hesaba katılmayacak kadar küçük olacaktır.

Cihan Bey,

Eğer sürtünme olmazsa verdiğiniz enerji ile hızlanır ve ulaştığı hızı sonsuza kadar korur, ve sonsuza kadar döner. Ancak filtrasyondan bahsediyoruz en azından filtre edeceğimiz hava ya da su olmalı bu da madde ve sürtünme demek. Bu sürtünmeler de ısıya gidecek. Şüphem olmamasına rağmen ODTÜ Makine Mühendisliği'nde doktora yapan 2 hocaya sordum (Engin Tanık ve Volkan Parlaktaş), mevcut enerjinin tamamı ısıya dönüşür cevabı aldım.

Sonuç olarak hangi ürünü alıyoruz ? :)

Belki yazacaklarım biraz teknik kalacak ama vesile ile hidrolik makinalar ders notlarımı karıştırma gereğini duyudum. Yine vesile ile Sayın hocam Prof. Dr. Kaan EDİS'i saygıyla hatırladım.

Bizim akvaryumlarda kullandığımız pompalar merkezkaç (santrifuj) pompalardır. Tüm türbomakinalarda olduğu gibi bu pompalarda, sabit bir eksen etrafında dönen ve çark adı verilen bir ana eleman vardır. En basit şekliyle bir merkezkaç çark birbirine paralel iki diskin arasına merkezcil (radyal) kanatlar konularak elde edilir. Ayrıca disklerden biri eksen etrafında kalınlaştırılarak bir mile kama ile bağlanır. İçi akışkan dolu bir çark ekseni etrafında döndürülmeye başlayınca, merkezkaç kuvvetlerinin etkisi altında akışkan halka yüzeyinden dışarı çıkmaya başlar. Çark içindeki bir akışkan parçacığı bir yandan çarkla beraber U=r.w hızıyla dönme ekseni etrafında dönerken diğer yandan W hızıyla çarka göre hareket edip, çarkı terkeder. U sürüklenme hızı, W bağıl hız adını alır.

Akışkan parçacığı eksenden uzaklaşarak hareket ettiğinden sürüklenme hızı devamlı artış gösterir. Hızdaki bu değişim ivme oluşturur.

Bu ivmeye Coriolis ivmesi adı verilir. Coriolis ivmesinin doğmasının nedeni akışkan parçacıklarının eksenden uzaklaşarak ilerlerken, sürüklenme hızlarının (dönme hızı) değişmesidir. Hız artışı dönme yönünde olduğuna göre, ivme dönme yönünde, Coriolis atalet kuvveti ise dönmenin tersi yöndedir.

Kütle kuvvetlerinin etkisi altındaki bir akışkan ortamında kuvvet yönünde basınç artar. Böylece akışkan pompa çarkı içinden geçerken basınç kazanmış olur.

Pompa milinde gücün yüzde kaçının akışkana aktarıldığı sayıya verim denir. Verim iç ve dış kayıpların toplamıdır. İç kayıplar, 1- Hidrolik kayıplar 2- Kaçak kayıplar (aralık kayıpları) 3- Çark sürtünme kayıbı olarak 3 grupdadır.

Akışkan pompanın içinden geçerken sürtünme kayıplarına uğrar. Akışkanın katı çeperlere sürtünmesinden ve iç sürtünmelerden açığa çıkan ısı bir daha geri alınmamak üzere ortama geçer ve kaybolur. Akışkan sürtünmelerinin oluşturduğu bu kayıplara hidrolik kayıplar adı verilir.

Dönen parçalar ile sabit parçalar arasında metal sürtünmesini silmek üzere daima belirli bir açıklık bırakılır. Pompa çarkının emme tarafında basınç düşük, basma tarafında yüksektir. Bu nedenle çarktan çıkan akışkanın hepsi basma borusuna gidemez. Emme kısmındaki akışkana ters yönde ilerleyemeyeceği içinde çevrime tekrar dahil olur. Böylece çark devamlı bu kaçak debiye de güç aktarır. Bu kayıba kaçak kayıp adı verilir. Mille gövde arasına sızdırmazlık düzeni konularak buradaki kaçaklar önlenir veya ihmal edilecek bir değere indirilir.

Çarkın her iki tarafındaki odacıklar akışkan ile doludur. Dolayısıyla çark akışkan içinde dönmektedir. Çarkın arka dış yüzeyine bitişik akışkan parçacıkları sürtünme nedeniyle çarkla beraber aynı açısal hızda döndüğü halde, iç yüzeyine bitişik akışkan parçacıkları sabit kalır. Bu parçacıkların oluşturduğu kayma gerilmeleri, pompa miline ters yönde moment uygulayacağı için kayıp oluşur. Bu kayıba da çark sürtünme kayıbı denir.

Bu 3 kayıp, iç kayıplar adını alır. Bu kayıpların hepsi ısıya dönüşerek akışkana geçmektedir.

Yatak ve salmastra sürtünmelerinin sebep olduğu kayıplara ise mekanik kayıplar (dış kayıplar) adı verilir. Doğal olarak bu da ısıya dönüşmektedir. Pompa su içinde ise akışkana, su dışında ise havaya karışır.

Dediğim gibi biraz teknik olmasına rağmen konunun bazı arkadaşların ilgisini çekeceğini düşündüğümden ve Sayın hocam Prof. Dr. Kaan EDİS’i bir kez daha saygıyla hatırlamak adına yazdım.

Evet bencede ısıyı dönüşür verimsiz bir motorun verimi dışında tükettiği enerji ama bu sonuca varmak için yapılan tesbitler doğru değil mesela sudaki girdabın hızının sabit kalması gibi , osabitliği yakalamak için motor sürekli enerji tüketiyor yani birkere çevirmeye başlıyor ve girdap kendi kendinin enrjissyle dönmüyor ki  motoru kapattıığımız anda da anlıyoruz bunu zaten ne girdap kalıyor ne birşey.

sanırım Emre beyin söyledikleri en doğru ve net açıklamalar.

Merhabalar,

Emre Bey sizin ve hocanızın elinize emeğinize sağlık. Çok güzel anlatmışsınız. Soruyu çözer, sınav kağıdını vermeye hazırlanırdım, hep aaa corilois kullanmadım diyip sorularda coriolis arar, ivmeyi eklerdim  İlk öğrenen için çok karmaşık geliyor.

Alper Bey bir tesbite doğru değil gibi net bir yargıyla yaklaşmışsınız ancak ne yazık ki sizin tesbitiniz doğru değil. Evet motoru kapatınca girdap sona erer ancak bu önermemizi çürütmez aksine destekler. Şimdi motordan girdapa verilen kinetik enerji zaten motorun verimi dediğimiz olay, 100 watt lık 2 motor olsun elimizde birinin verimi %30 birinin %60 olsun. %30luk V lik bir hızla suyu döndürürken %60'lık 4 V lik bir hızla suyu döndürür, debi motorların farkını ortaya koyar, ancak ikiside 100 wattlık ısıtma sağlar, nasıl mı? %30 luk verimi olan %70'ini direk suya ısı olarak verir, %30 ise suya kinetik enerji kazandırır, öndeki fışkırtılan su bu kinetik enerjiyi kazanırken sonda girdapa girene kadar benzer sayıdaki molekül bu %30'un tamamını etrafındaki moleküllere sürtünmesi nedeniyle ısıya verir, kendi ısısını yükseltir ve yavaşlar aksi taktirde girdap sonsuza kadar hızlanırdı. %60 lık pompada ise %40 'ı direk ısı olur kalanı yine yavaş yavaşlayıp ısıya dönüşür.

Daha basite ingirdemek için tek su molekülü düşünelim. Bir molekülün v hızı var, tam bu hızla filtreye giriyor ve filtre onu 5 v hızıyla dışarıya itiyor, sağa sola çarpıp ısı yaratıp yavaşlayıp yine v hızıyla filtre giriyor. Çünkü çıkışda da girişde de hızlar zamana göre değişmiyor(v ve 5v). Bir enerji verdik moleküle ancak o döndü dolaştı bize aynı hızda, aynı yerde geri geldi, demek ki onun hızına ve potansiyel enerjisine gitmememiş enerji, geriye kalan seçenek ise etrafa ısı olarak dağılması.

Aynı watta sahiplerden, yüksek debili olan motorları seçmemiz gerekir. Peki watt'ı da debisi de farklıysa nasıl bir orantı kuracağız. Aslında buradan farklı wattlara sahip motorları karşılaştırmak için formül üretilebilir. A filtresinin debisinin karesi, filtrenin harcadığı güce (watt'a) bölümü ile B'nin ki karşılaştırılır. Çıkan oranı yüksek olan makbüldür denebilir. Altı çizgili kesimden emin değilim, üzerine tartışılmalı, yanlış olma olasılığı fazla çünkü...

Saygılar,