Güç ve Verim

Motor Verimleri 

Verim, elde edilen sonuç ile bu sonucu elde etmek için harcanan çaba arasındaki oranı ifade eder. Başka bir deyimle, motordan alınan gücün verilen güce oranının yüzde olarak ifadesidir.

Verim daima % 100 den azdır. Çünkü, silindir içinde yakılan yakıtın ısı enerjisinin çoğu yanmadan sonra kaybolur.

 

Verim Çeşitleri

Verimler çeşitli şekilde değerlendirilirse de, konumuz ile ilgili olan başlıcaları şunlardır:

a) Mekanik verim

b) Termik verim

c) Hacimsel (volümetrik) verim

 

a. Mekanik verim:

Fren beygir gücünün (faydalı gücün ) iç güce oranı bize mekanik verimi verir. Bu ifade formüle edilirse

Mekanik verim  =  fren beygir gücü / iç güç  h m = Ne / N, olur.

Mekanik verim piston üzerinden elde edilen gücün krank mili ucundan alıncaya kadar olan kaybım gösterir. Çünkü, silindir içinde yanan yakıtın meydana getirdiği iç güç, krank milinden faydalı güç olarak alınıncaya kadar bir çok mekanik kayıplara uğrar. Buna neden, silindir duvarlarına dayanan piston ve segmanların sürtünmeleri, yataklardaki sürtünmeler, supap sistemleri, su, yağ ve yakıt pompalan, bloverler ve aşırı doldurma düzenlerine yapılan harcamalardır. Bu kayıplar bazen sürtünme beygir gücü (Ns) olarak da ifade edilir.

Mekanik verim motorun kullanılmasıyla ilgilidir. Örneğin, motorun bakımı, yağlama durumu, yükü ve soğutma suyunun sıcaklığı mekanik verilere etki eder. İki zamanlı motorların mekanik verimleri, dört zamanlı motorların mekanik verimlerinden biraz daha azdır.

 

b.Termik verim

Termik verim; yakıtın yanması sonucunda oluşan ısı enerjisine karşılık, motorun bu enerjiyi faydalı iş haline sokma oranıdır.

Yanma sonunda oluşan ısı enerjisinin büyük bir kısmının soğutma ve yağlama sistemi ile, yanmış egzoz gazları tarafından motordan uzaklaştırıldığını biliyoruz. Bu nedenle ancak geriye kalan ısı motorlardan güce dönüşe bilir.

Termik verimin formülle ifadesi;

Termik verim = Faydalı güç (Kcal olarak) / yakıtın verdiği ısı (Kcal olarak)

ht = Ne * 632 / B * Hu olur.

 

Burada:

Ne   =   Faydalı güç ....................................................................................  BG

632 =  1 BGS'nin Kcal olarak eş değeri ....................................................

B    =   Motorun l saatte harcadığı yakıt miktarı .......................................       kg

Hu  =   Yakıtın yanma ısısı..........................................................................    Kcal/kg

Not: Motorinin yanma ısısı 10000 ile 10500 Kcal / kg' dır.

 

c. Hacimsel  Verim

Aşın doldurma olmayan bir motorda, emme zamanında silindire alınan havanın hakiki hacminin pistonun silindirde boşalttığı hacme oranı hacimsel verimi verir.

Hacimsel verimin formülle ifadesi:

           Normal şartlarda silindire alınan hava hacmi

Hacimsel verim =   ----------------------------------------------------------

      Pistonun silindirde boşalttığı hacim

Genellikle çalışan normal devirle çalışan dört zamanlı motorların hacimsel verimi % 80 civarındadır. Motorun devri yükseldikçe, supapların açık kalma zamanı kısalacağından bu verim %50 'ye kadar düşer.

 

 

 

Motorun bir beygir saat başına harcadığı yakıt miktarına, özgül yakıt sarfiyatı denir.  Formülü:

be= 1BG * 632 / Hu * hg  ................................................    gr / BGS

Burada:

be   =  Özgül yakıt sarfiyatı.............................................................    gr / BGS

632 =  l beygir saatin Kcal olarak ısı eş değeri

Hu   =   Akıtın yanma ısısı ...............................................................   Kcal / kg

hg   =  Genel tesir derecesi (harcanan yakıtın)

Motorun yük durumuna göre değişen özgül yakıt sarfiyatı, en doğru olarak fren denemelerinde saptanır. Örneğin, tam gazdaki özgül yakıt sarfiyatı yarım gazdakünden daha azdır. Aşağıda çeşitli motorlar için deneyler sonucunda bulunan özgül yakıt sarfiyatları görülmektedir.

 

 

Motorun fren beygir gücü Ne, özgül yakıt sarfiyatı be olduğuna göre;

Bütün silindirlere l saatte püskürtülen yakıt: Ne, be ..................................   gr.

 

Motorun devri dakikada olduğundan,

Bütün silindirlere l dakikada püskürtülen yakıt: Ne * be / 60 .....................  gr.

 

Motor l dakikada (n) devir yaptığından ve dört zamanlı motorlarda iki devirde bir püskürtme olduğundan,

Bütün silindirlere bir çevrimde püskürtülen yakıt: Ne * be / 60 * (n / 2 )....  gr.

 

Bir silindire bir çevrimde püskürtülen yakıt ise,

Gç = Ne * be / 60 * (n / 2) * Z = Ne * be/ 30 * n * Z.........................  gr olur.

 

Burada:

 =  Silindire her çevrimde püskürtülen yakıt..............................................  gr.

Ne  =  Motorun fren beygir gücü ....................................................................  BG

be  =  Özgül yakıt sarfiyatı ..............................................................................  gr/BGS

n   =  Motor devri ............................................................................................  d/ d

Z   =  Silindir sayısıdır.


 

 

 Motor Deneyleri

Motorlar üzerinde yapılan deneyler aşağıdaki şekilde iki bölüme ayrılabilirler:

 

1. Deneylerin Amacı Yönünden:

Kontrol Deneyleri: Bu deneyler imalatçı firmaların imal ettikleri motorlar için garanti ettikleri motor karakteristiklerinin kontrol edilmesi için yapılırlar.

Geliştirme ve Araştırma deneyleri: Bu deneylerle de motor konstruksiyonu veya işletmeciliği ile ilgili çeşitli etkenlerin motor karakteristikleri üzerindeki etkileri araştırılır.

 

2. Motor Tipi Yönünden:

Taşıt Tipi Motor Deneyleri:
Burada deneyler benzin motorları için sabit gaz kelebeği, Diesel motorları için ise sabit gaz ayar çubuğu konumlarında alt ve üst devir sayısı sınırları arasında yapılır. Şöyle ki sabit bir gaz konumu için (tam gaz, ¾ gaz, 1/2  gaz...) yük azar azar artırılarak motorun düzgün bir şekilde çalışabildiği mininum devir sayısında kalacak şekilde ayarlanır. Bu durumda moment, devir sayısı, yakıt sarfiyatı ve diğer karakteristik değerler ölçülür.

Stasyoner Tip Motor Deneyleri:
Bu motorların kullanılma alanları nedeniyle devir sayıları sabit olduğundan deneyler motorun nominal devir sayısında yapılır. Motor yükü beş ile tam yük arasında değiştirilerek ve her yük durumunda motorun düzgün çalışması sağlanarak moment, yakıt sarfıyatın ve diğer karakteristik değerler ölçülür.

Böylece elde edilen deney neticelerinden ilgili motorun çeşitli gaz ve yük durumlarındaki karakteristik eğrileri çıkarılır.


Notlar:

Motorların ilk hareketleri dışarıdan verildiğinden normal çalışabilmeleri için devir sayılarının rolantı devir sayısına çıkarılması ve bu işlem gerçekleştirilirken de motorun yük altında olmaması gerekir. Motorun yüklenmesi ancak darbesiz ve düzgün çalışabildiği bir devir sayısından sonra yapılmalıdır.

Benzin motorları için tam gaz durumu gaz kelebeğinin tam açık olduğu konumdur. Bu durumda giriş dolgusu maksimumdur. Diesel motorlarında ise iş sınırı tam gaz durumuna karşılık gelir. Bu sınırdan sonra püskürtülen yakıt miktarını artırmak gücü artırmaz ve gereksizdir.

 

Deney Düzeneğinin TanıtımıDeney Motoru:

Motor 4 zamanlı, tek silindirli, su soğutmalı olup  strok hacmi 765 cm3 ‘dür. motor kafasının ve diğer yardımcı elemanlarının değiştirilmesi yoluyla Diesel ve benzin motoru olarak çalıştırılma olanağı vardır. Bilindiği gibi bir benzin motorunda yakıt-hava karışımı karbüratör denen bir eleman ile ve karışımın ateşlenmesi de ayrı bir ateşleme sistemi ile gerçekleştirilir. Burada manyetolu ateşleme sistemi kullanılmıştır. Diesel motorunda ise yüksek sıkıştırma oranı nedeniyle püskürtülen yakıt kendiliğinden tutuşmaktadır. Yakıtı püskürtmek için bir pompa-enjektör püskürtme sistemi vardır.

 

Dinamometre:

Dinamometre bir elektrik makinesi olup deney motoruna elastik bir kavramayla  bağlıdır. Dinamometre  “motor” durumunda çalışırken deney motoruna ilk hareketi vererek onu çalıştırmaktadır. Deney motoru çalıştıktan sonra ise dinamometreyi tahrik etmekte ve onu “genaratör” olarak  çalıştırmaktadır. Bu durumda üretilen akım mevcut yükleme dirençleri üzerinden ısıya dönüştürülmektedir. Bu yükleme dirençleri yardımıyla genaratörü ve dolayısıyla deney motorunu yükleme olanağı vardır.

 

Ölçü Aletleri Panosu:

Elektrik ölçme aletleri ve yükleme dirençleri ile birlikte hava, yakıt, su ve kontrol ölçü aletlerini ve bunlara ait göstergeleri üzerinde bulunduran bölümdür.

 

Deney Motorunun Çalıştırılması1. Hazırlık:

Motorun yağlama yağı, soğutma suyu v eyakıt seviyeleri kontrol edilerek yakıt valfı açık tutulur.

2. Çalıştırma:

Değişken sıkıştırma ünitesi yardımıyla sıkıştırma oranı istenilen değere ayarlanır (Sıkıştırma oranını benzin motoru durumunda 7-10 ve diesel motoru durumunda 14-24 arasında değiştirme olanağı vardır. Ancak başlangıçta tutuşturmayı kolaylaştırmak için yüksek değere ayar yapılmalıdır). Motor üzerindeki dekomprasyon kolu ileri hareket ettirilerek bu durumda tutulur (Bundan amaç başlangıçta motorun sıkıştırma yapmamasını ve istenilen devir sayısına kolayca yükselmesini sağlamaktır).

Şebekeden beslenen elektrik panosundaki dinamometre döner anahtarı “Motor” durumuna çevrilir. Dinamonmetrenin tahrikiyle deney motorunun devir sayısı yaklaşık 500 (d/d)’ye ulaşınca dekomprasyon kolu serbest bırakılır (Bu durumda gaz kolu yarım gaz duruma getirilmiş olmalıdır). Bu anda ateşleme olacak ve motor çalışacaktır. Kısa bir ısınma devresinden sonra motor yükleme durumuna hazır olacaktır (bu durumda dinamometre döner anahtarı “Genaratör” durumuna çevrilir).

3. Yükleme:

Motoru yükleme elektrik panosundaki yükleme dirençleri ile yapılır. Yükleme dinamometre üzerinden motora iletilir. Burada dinamometre elektrik freni görevi görmekte ve motor momentini karşılamaktadır. Yükleme dirençleri ile motorun devir sayısı istenilen değere ayarlanabilir.

 

Ölçmelerin Yapılışı1. Devir Sayısının Ölçülmesi:

Devir sayısı bir takometre ile ölçülmekte ve ilgili göstergeden okunmaktadır (diğer ölçü değerlerinin alınması esnasında devir sayısının aynı değerde kalması sağlanmalı ve gözlenmelidir).

2. Motor Momentinin Ölçülmesi:

Dinamometrenin statoru serbest yataklanmış olup ekseni etrafında dönebilmektedir. Ve ilgili prensip sonucu olarak dinamometrenin statoru, rotoruna tatbik edilen döndürme momentine eşit bir momentle döndürülecektir. Ölçme için dinamometrenin statoru ayrı bir noktaya tespit edilmiş düşey durumdaki bir yay terazisine bağlanmıştır. Öyle ki stator üzerine asılacak ağırlıklar doğrudan doğruya yay terazisini etkileyecek şekildedir.

W (N) : stator üzerine (dolayısıyla yay terazisine) asılan ağırlık

P (N): Döndürme momenti etkisiyle teraziyi ters yönde etkileyen kuvvet.

S (N):  P (N) etkisiyle terazinin gösterdiği değer.

l(m): Moment kolu uzunluğu.

olmak üzere denge durumu için

 

W = P + S  ve  P = W – S olacaktır.

buradan döndürme momenti, Md = P.L (Nm) elde edilir.

Bu moment dinamometredeki sürtünme kayıpları ihmal edilirse aynı zamanda motorun döndürme momentine eşit olacaktır.

3. Yakıt Sarfiyatının Ölçülmesi:

Burada amaç belirli bir zaman aralığında yakılan yakıt miktarının ölçülmesidir. Bunun için ölçeklendirilmiş bir cam tüp kullanılmaktadır. Ölçme için yakıt valfı kapatılır ve yakıt seviyesinin cam tüpte alçalması gözlenir. Yakıt seviyesi işaret çizgisi hizasına geldiğinde kronometreye basılır. Ölçülmesi istenilen yakıt hacmine göre yakıt seviyesi ilgili işaret çizgisi hizasına geldiğinde kronometre durdurulur. Böylece yakıt sarfiyatı hacimsel olarak t(s) süresi için ölçülmüş olur.

4. Hava Sarfiyatının Ölçülmesi:

Bu amaçla motorun emme borusu bir hava kutusuna bağlanmıştır. Hava kutusuna hava bir orifsten geçerek girmektedir. Orifisteki basınç düşümü (h) bir manometre ile (mmH20) olarak ölçülmektedir. Ölçülen bu değer yardımıyla orifis için verilen bağıntıdan hava debisi bulunur.

5. Soğutma Suyu Debisinin Ölçülmesi:

Bunun için metrik bir rotometre kullanılmıştır. Rotometrde şamandıranın yükselme seviyesi (H) okunarak ilgili diyagramdan debi bulunur.

6. Sıcaklıkların Ölçülmesi:

Ekzos gazı sıcaklığı bir termokupl ile soğutma suyu giriş ve çıkış sıcaklıkları ise direnç termometresi ölçülmektedir.

 

Hesaplanacak Değerler

 

1. Motor momenti:

Yukarıda açıklandığı şekilde hesap işlemi yapılır.

            M: Teraziye asılan ağırlık (N)_

            S:  Teraziden okunan değer (N)

            L:  Moment kolu uzunluğu = 0,3 (m)

bilindiğine göre

            Md  =  L (w-S)  =  0,3 (N-S) (Nm)................ (1)   bulunur.

 

2. Motor Gücü:

Güç-moment bağıntısından faydalanılarak hesaplanır.

            Ne  =  Md.W

 

3. Ortalama Effektif  Basınç:

 

Dört zamanlı bir motor için  güç bağıntısından faydalanılarak hesaplanır.

 

4. Özgül Yakıt Sarfiyatı:

Motorun 1 saatte IPS başına harcadığı yakıt miktarıdır.

15 cm3 yakıtın harcanma süresi t(s) ölçülmüş olduğundan 1 saatte harcanan toplam yakıt miktarı

 

5.Effektif verim:

Motor milinden alınan IPSh’lik işe karşılık be gram yakıt yakıldığına ve açığa çıkan enerjinin  be katı işe çevrilebildiğine göre

            1PSH  =  632 kcal  =  he . be . Hu    yazılarak

he  =  632/be.Hu    bulunur.

Hu: Yakıtın alt ısıl değeri:   @  10.000 kcal/kg   @  10 (kcal/g)  

 

6. Hava Fazlalık Katsayısı:

Motorda ne ölçüde fazla hava kullanıldığı hakkında bilgi verir. Tanım olarak;

λ =   H/Hmn =Motorda harcanan gerçek hava miktarı/Tam yanmayı gerçekleştiren hava miktarı    dır.


Yaklaşık olarak Hmin için aşağıdaki değerler alınabilir.  1 kg. benzini tam yakmak için gerekli teorik hava miktarı:

Hmin = 14,76 (kg hava/kg yakıt)

1 kg diesel yakıtını tam yakmak için gerekli teorik hava miktarı:

Hmin = 14,05 (kg hava/kg yakıt)

Motorda  1  saatte harcanan hava miktarı

Mh = 5.15 (h)1/2 (kg/h) ‘den 

bulunur.

h :  mm  H20 monometreden okunmuş olan basınç farkıdır.

 

7.Soğutma suyuna geçen ısı miktarı:

Vs :  Soğutma suyu debisi (lt/dak)

tg : Soğutma suyu giriş sıcaklığı (0C)

tç :  Soğutma suyu çıkış sıcaklığı (0C)

rs : Soğutma suyu yoğunluğu (kg/lt)

olmak üzere;

Ms  =  Vs rs x 60 (kg/h) kütlesel debi bulunur.

Soğutma suyuna geçen ısı miktarı

Qs = Ms.Cs. (tç-tg) (kcal/h)  den bulunur.

Burada

Cs: Suyun özgül ısısı =  1 (kcal/kg 0C) alınabilir.

Motora yakıtta verilen ısı miktarı

Qy = Be. Hu (kcal/h)

buradan soğutma suyuna geçen ısı miktarını toplam ısının bir %’desi olarak göstermek daha açık bir bilgi verir. Bu değer

Qs / Qy x 100          olacaktır.

Hesaplanmış olan bütün bir motora ait karakteristik değerlerin motorun devir sayısına göre değişimlerinin gösterilmesi motorun karakteristik eğrilerini verir.

Not:

Motor karakteristiklerinin elde edilmesinde istenilen amaca göre değişken karakteristik değer olarak devir sayısı yerine (hava fazlalık katsayısı, sıkıştırma oranı ... vb.) da alınabilir.

 

 

Yorum Yaz