Rüzgâr Hızı Potansiyeli Düşük Kırsal Bölgelerde Tarımsal Elektrifikasyon Uygulamalarına Yönelik Yoğunlaştırmalı Tip

3.2.Teorik Yaklaşımlar

Bu proje öncesi bazı ön çalışmalar yapılmış ve bu çalışmalarda düşük rüzgâr hızı potansiyeline sahip bölgeler için yoğunlaştırmalı tip (concentrator) rüzgâr türbini tasarımları ortaya konulmuştur (Şekil 3-27, 3-28 ve 3-29). Bu tasarımlarda da aşağıdaki yaklaşımlar göz önünde bulundurulmuştur.

Sıkıştırılabilir akışkanların yani gazların sürekli akış koşulunda kapladıkları özgül hacim, ya da bir başka değişle özgül ağırlık değişebilmektedir. Şekil 3-27’de gösterilen biçimdeki konik borudan sıkıştırılabilir akışkan akımında, boru kesitinin her yerinde birim zamandaki kütle akımı sabittir.

Δx

A₁

P₁
ρ₁
v₁

A₂

P₂
ρ₂
v₂

Şekil 3-27. Konik boruda sıkıştırılabilir akış (Ültanır, 1987)

Burada irdelenen akışkanın aktığı giriş kesiti A₁, çıkış kesiti A₂, giriş hızı v₁, çıkış hızı v₂, giriş yoğunluğu ρ₁ ve çıkış yoğunluğu ρ₂ olduğuna göre herhangi bir zaman aralığında aşağıdaki eşitlik yazılabilir (Quaschning, 2011).

Yoğunluk kavramı özgül hacmin tersi bir kavramdır. Akışkanın birim hacminin ağırlığı olarak tanımlanmaktadır ve aşağıdaki eşitlikle ifade edilir (Kayışoğlu ve Ülger, 2001).

Bir gazın yoğunluğu normalden fazla ise basıncı artmış, az ise azalmıştır. Yoğunluk değeri sıcaklığa bağlı olarak değişmektedir (Kayışoğlu ve Ülger, 2001).

Termodinamiğin birinci yasasının, sürekli hareket durumundaki bir akışkana uygulanmasını içeren ve akışkanlar mekaniğinde, süreklilik eşitliği diye tanınan genel enerji eşitliği de önemli olmaktadır. Gazların akışındaki herhangi bir sürtünme direnci gazda bir enerji kaybına neden olmamakta, sürtünme işi tekrar ısıtılarak onun sıcaklığını yükseltmektedir. Bu ise oldukça küçük düzeyde varsayılabilir (Ültanır, 1987).

Proje kapsamında düşük rüzgâr hızı potansiyeline sahip bölgeler için tasarlanan yoğunlaştırmalı tip (concentrator) rüzgâr türbin sistemlerinden bazılarına ait taslak rüzgâr türbin modelleri Şekil 3-28, 3-29, 3-30 ve 3-31’de görülmektedir.

Şekil 3-28. Rüzgâr türbin sistemi tasarımlarından birine ait taslak model (A: Akış düzenleyici, B: Emniyet Kapağı, C: Rüzgâr hız sensörü, D: Konik rüzgâr tüneli, E: Rotor, F: Jeneratör)

Sistemin parçalarının en önemlisi konik boru şeklindeki rüzgâr tünelidir. Bu konik rüzgâr tüneli akış halindeki rüzgârın hızını arttırmak amacıyla konik olarak tasarlanmıştır. Bu koniklik süreklilik prensibi doğrultusunda rüzgârın hızını arttırmaktadır (Ültanır, 1987). Sistemde rüzgâr tünelinin çıkış kısmında ise bir adet rotor bulunmaktadır. Bu rotor rüzgârın hızı nedeniyle sahip olduğu kinetik enerjiyi kullanılabilir güce çevirir. Rotorun rüzgârdan aldığı ve mekanik enerjiye çevirdiği rüzgâr enerjisini rotorun arkasında bulunan bir jeneratör (elektrik motoru) yardımıyla da elektrik enerjisine çevirmek mümkündür.

Şekil 3-29. Rüzgâr türbin ön tasarımlarına ait perspektif ve kesit görünüşler-1

Şekil 3-30. Rüzgâr türbin ön tasarımlarına ait perspektif ve kesit görünüşler-2

Şekil 3-31. Rüzgâr türbin ön tasarımlarına ait perspektif ve kesit görünüşler-3