YAKMA SİSTEMLERİ VE YAKIT ENERJİ HESAPLARI

Yakıt-hava ayarı yapılırken eğer eksik hava verilirse kötü bir yanma ortaya çıkmakta, hem daha az enerji ortaya çıkmakta hem de çevreye zararlı emisyonlar açığa çıkmaktadır. Hava fazlalık katsayısının çok yüksek olması durumunda ise hava boşu boşuna ısıtılarak dışarı atılmaktadır. Bu nedenle yakıt-hava ayarına ilişkin hesaplamalar titiz bir şekilde yapılmalıdır.

Brülörler, yakıt ile havanın uygun oranlarda karıştırılarak yanma odasına gönderildiği cihazlardır. Yakma sisteminin ana elemanları arasındadır. Brülörün başlıca görevi, yakıtı olabildiğince küçük zerrelere ayırmak, diğer bir deyimle pülverize etmektir.

Yanma odasına gönderilen yakıtın, olabildiğince küçük zerrelere ayrılarak yüzey alanlarının artırılması istenmektedir. Bu işleme pülverizasyon denilmektedir. Pülverizasyonun amacı, yakıtın yüzey alanını artırarak yanıcı moleküller ile yakıcı molekülerin daha fazla karşılaşma olasılığını artırmaktır.

Akışkanın, akmaya karşı gösterdiği direnç viskozite olarak tanımlanmaktadır. Viskozite, bir akıcılık ölçüsü olup, yakıtın düşük çalışma sıcaklılarında bile rahatça akacak kadar viskozitesinin düşük olması istenmektedir.

Yakıtın içerisinde bulunması istenmeyen pislik, tortu gibi maddeleri tutarak yakıtı süzen bir tesisat elemanıdır. Delikli yapısı sayesinde içerisinden geçen yakıtın süzülmesini ve parçaların tutulmasını sağlar.

Bir maddenin tutuşma sıcaklığında havanın oksijeni ile kimyasal reaksiyonu olarak tanımlanmaktadır. ISO’nun yaptığı tanımlamaya göre ise yanma, “genellikle alevlenme ve/veya ışıma ve/veya duman eşliğinde bir maddenin ısı vererek oksijenle reaksiyonu” olarak açıklanmaktadır.

Bir reaksiyonda yakıtın tam olarak yakılması için gerekli minimum oksijen veya hava ile yanması durumuna tam yanma denilmektedir.

Yeterli oksijen olmamasından dolayı, yanma ürünleri arasında karbonmonoksit (CO) ve hidrojen (H₂) olması durumunda eksik yanma ortaya çıkmaktadır. Eksik yanmada hava, teorik hava miktarından küçüktür. Teorik hava miktarı ile hatta fazla hava ile yanma durumunda yanma şartlarından kaynaklanan eksik yanma söz konusu ise, bu durum kısmı eksik yanma olarak tanımlanmaktadır.

Yanmada kullanılan oksijenin, yanmada kullanılan yakıta oranı, “oksijen/yakıt” oranı olarak tanımlanmaktadır. Bu oran molar (O/Y)_n ya da kütlesel (O/Y)_m olarak tanımlanmaktadır.

Üst ısıl değer, yakıt içerisindeki suyun buharlaşmadan önce yakıtın sahip olduğu enerjisini tanımlamaktadır.

Yoğuşma teknolojisi, baca gazındaki su buharının yoğuşturulması, yoğuşurken de enerjisini kazana giren suya vermesi esasına dayanmaktadır. Dolayısıyla yoğuşma teknolojisini kullanan sistemlerde baca gazı sıcaklığı, baca gazındaki suyun yoğuşma sıcaklığına kadar düşürülmektedir. Bu durumda da baca gazının enerjisinden daha fazla yararlanılmış olacaktır. Bu yüzden de yoğuşmalı sistemler, yüksek verimli sistemlerdir.

İki veya daha fazla maddenin birbiriyle etkileşmesi sonucu kendi özelliklerini kaybederek yeni özellikte maddeler oluşturmasıdır

Reaksiyona giren maddeler  reaktant, reaksiyondan çıkanlar ise ürün olarak tanımlanmaktadır.

Bir reaksiyon sonucunda ısı açığa çıkıyorsa, bu tür reaksiyon ekzotermik reaksiyon olarak adlandırılır. Bir reaksiyonun oluşması için, çevreden ısı alınması gerekiyorsa, bu tür reaksiyonlar endotermik reaksiyon olarak adlandırılır.

Isı, yüksek sıcaklıklı ortamdan düşük sıcaklıklı ortama bir enerji aktarımı olarak tanımlanmakta olup, bir enerji kavramıdır

Yakma sistemlerinde gaz yakıt olarak, genellikle doğalgaz ve LPG kullanılmaktadır

• Doğalgazın içerisinde, %75-95 oranında metan (CH₄) bulunmakta, kalan miktar ise etan (C₂H₆), propan (C ₃H ₈), bütan (C₄H₁₀), azot N₂, karbon dioksit (CO₂), hidrojen sülfür (H₂S), helyum (He) arasında dağılmaktadır.
• Doğalgaz, renksiz, kokusuz ve yüksek enerjili bir gaz yakıttır.
• Doğalgazın yoğunluğu 0,6-0,8 kg/m³ arasındadır.
• Bununla birlikte havaya göre daha haşf bir gaz olduğundan açık havada uçuculuk özelliği bulunmaktadır.
• Doğalgazın kapalı yerlerde hava içerisindeki oranı %5-15 arasında bulunması durumunda, patlayıcılık özeliği vardır. 
• Doğalgazın en önemli özelliklerinden birisi bünyesinde az miktarda kükürt bulunmasıdır.
• Bünyesinde daha az kükürt bulunması, baca gazı sıcaklığının katı yakıtlara oranla daha düşük sıcaklıklara düşürülebilmesini sağlar
• Doğalgazın bünyesinde daha az miktarda karbon bulunması, radyasyon yoluyla oluşan ısı transferini azaltmaktadır.

• LPG (liquid petroluim gas)’dir.
• LPG, propan, bütan ve izobütanın karışımıdır. Oda sıcaklığı ve atmosferik basınçta gaz halinde bulunmaktadır.
• Yüksek basınçlarda ise sıvı halde bulunmaktadır.
• Yüksek basınçlara çıkıldığında gaz halden sıvı hale gelmektedir.
• Uygulanan yüksek basınç kaldırıldığında buharlaşarak tekrar gaz haline dönmektedir.
• LPG’nin gaz halindeki özellikleri, doğalgazınkine yakındır. LPG sıvı hale geçirilerek depolanıp taşınabilmektedir.
• LPG, özellikle doğalgazın ulaşmadığı bölgelerde, konutlarda ve sanayide kullanılmaktadır.
• Konutlarda ısınma, pişirme ve sıcaklık su eldesinde kullanılmaktadır. Sanayide ise ısıl işlem, kesme, kaynak, ısıtma, buhar eldesi, güç eldesi ve kurutmada kullanılır.
• Sanayide, doğal gazın yedeklenmesi amacıyla da LPG kullanımı uygulaması görülmektedir.

Sıvı yakıtların özelliğinin ve cinsinin belirlenmesini sağlayan en önemli yön-temlerden biri destilasyondur. Bu deney ASTM (American Society for Testing and Materials: Amerika Test ve Malzeme Derneği)’nin onayladığı standart bir deney setinde gerçekleştirilmektedir. Destilasyon deneyinde yakıt ısıtılarak buharlaştırılması sağlanır. Buhar bir soğutucudan geçirilir ve sırası ile yoğunlaşan yakıt ölçü kaplarında toplanır. %10, %20, %30, %40, %50, %60, %70, %80, %90 ve son yakıtın yoğunlaştığı sıcaklıklar kayıt altına alınır. Daha sonra yakıt yüzdeleri ordinat eksenine sıcaklıklar ise apsis eksenine yerleştirilerek her yakıt karışımı için buharlaşma eğrisi elde edilir. Düzgün bir yanma elde etmek için buharlaşma eğrisinin de düzgün olması gerekmektedir.

Yanma denklemleri, reaksiyona giren ve reksiyondan çıkan bileşenlerin görülme-sini ve bu bileşenlerin ilk ve son durumuna ilişkin molar ve kütlesel miktarlarının tespitini sağlar. Genellikle yanma problemlerinde bir tarafta hava ve yakıt, diğer tarafta ise ürünlerin bağıl değerlerinin hesabı yapılır.

Yanma sonu ürünlerinin hesaplanmasında teorik hava ihtiyacı için yazılan denklemlerden yararlanılmaktadır. Eşitlik 8.4, Eşitlik 8.5 ve Eşitlik 8.6 incelenerek yanma sonu ürünleri için gerekli olan miktarlar hesaplanabilir.

Doğalgazın birim enerjisi kj/m³ olarak tanımlanırken, motorinin birim enerjisi kj/kg olarak verilmektedir.

Brülörler, yakıt ile havanın uygun oranlarda karıştırılarak yanma odasına gönderilmesini sağlayan cihazlar olup, yakma sisteminin ana elemanlarından birisidir. Brülörün en önemli görevi, yakıtı olabildiğince pülverize ederek yanma odasına göndermektir

Gaz yakıt brülörleri, endüstride daha çok doğalgaz yakan brülörler olarak görülmektedir. Doğalgaz brülöründen beklenen en önemli özellik, hava ile yakıtı uygun bir oranda ve kontrollü olarak karıştırmak ve verimli bir yanmayı sağlayacak karışımı bir araya getirmektir

Atmosferik brülörler, basınçlı gazın bir lülede genleşmesi esnasında enjeksiyon prensibi ile çevreden emdiği birincil hava ile karışarak yanması ve termik olarak yükselen ısının yerine açık olan yakıcının altından emilen ikincil hava ile yanması prensibine göre çalışmaktadır. Bu tip brülörler elle veya otomatik olarak ateşlenebilmektedirler. Termostatik ısı kontrollü ve termo-elektrik alev kontrollü tipleri bulunmaktadır. Termostatik ısı kontrolü, tespit edilmiş alt ve üst limit sıcaklıklarına göre ısı miktarının kontrol edilmesi prensibine dayanmaktadır.

Kapasite kontrolüne göre gaz brülörleri, üç tipte imal edilmektedir. Bunlar sırasıyla; tek kademeli gaz brülörleri, iki kademeli gaz brülörleri ve oransal gaz brülörleridir

Alev kontrolüne göre gaz brülörleri, dört tipte olmaktadır. Bunlar sırasıyla; ultraviyole kontrol sistemi, iyanizasyon kontrol sistemi, termoelektrik kontrol sistemi, fotorezistans kontrol sistemidir.

Gaz brülörleri, çalışma yerlerine göre farklı konstrüktif yapılara sahiptirler. Buna bağlı olarak da üç şekilde imal edilebilmektedirler. Bunlar; domestik gaz brü-lörleri, sanayi tip gaz brülörleri ve endüstriyel tip gaz brülörleridir.

Sıvı yakıt brülörlerinin görevi, sıvı yakıtın yanması amacıyla bunu pulvarize ederek bunu buhar haline getirmek ve uygun oranda hava ile karıştırılmasını sağlamaktır. Sıvı yakıtın pulverize edilmesinin amacı olabildiğince küçük zerrelere ayırmak böylece yüzey alanını arttırarak yakıtı bir anlamda buhar haline getirmektir