Bir mikro güneş bacası için türbin tasarımı, imalatı ve deneylerinin yapılması

Abstract

ile elektrik üretiminde kullanılan yeni sistemlerden birisi de güneş bacalarıdır. Güneş bacaları; kollektör, baca ve türbin olmak üzere üç ana elemandan oluşur. Güneş ışınımı etkisi ile ısınan ve yükselen hava, bacanın da vakum etkisi ile baca girişine yerleştirilen bir türbini döndürerek elektrik enerjisi üretilir. Bu çalışmada 10 m baca yüksekliğinde, 6,4 m kollektör çapına sahip eğimli bir güneş bacası sistemi deney seti olarak kullanılmıştır. Güneş bacası sistemi üzerinde montajı yapılan sensörler ile 10 saniye aralıklarla kollektör giriş ve çıkış hava sıcaklığı, dış ortam sıcaklık, baca giriş ve çıkışı hava akış hızı, dış ortam rüzgar hızı, baca içerisindeki basınç farkı, türbin devir sayısı ve güneş ışınımı değeri verileri alınarak değerlendirmeler yapılmıştır. Türbin kanatları 3 farklı kanat profilinden imal edilmiştir. 5 kanata sahip olan güneş bacası türbini için alüminyum döküm yöntemi kullanılarak toplamda 15 adet kanat imalatı yapılmıştır. Baca çapı ölçüsüne göre imal edilen türbin baca girişine montajlanmıştır. NACA0015, NACA2415, NACA4415 profil tipinde imalatı yapılan kanatlar 3 farklı hatve açısında test edilmiştir. Çalışma sonucunda güneş ışınımı ve kollektör çıkış sıcaklığının baca girişi hava akış hızı üzerinde doğrudan etkisinin olduğu gözlemlenmiştir. Bu profil tiplerinde kamburluk oranı arttıkça ve hatve açısı azaldıkça türbin devir sayısında artış olduğu tespit edilmiştir. NACA4415 profilinin 40° hatve açısında en verimli model olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Solar energy is one of the most applied renewable energy sources. Solar chimneys are one of the new systems used for the production of electricity with solar energy. Solar chimneys consists of three main elements: collector, chimney and turbine. Electrical energy is generated by rotating a turbine placed at the inlet of the chimney by heating and rising of air with the effect of solar radiation, and the vacuum effect of chimney. In this study, a sloped solar chimney system with 10 m chimney height and 6,4 m collector diameter was used as an experimental set. Collector input and output air temperature, outdoor temperature, chimney inlet and outlet air flow rate, outdoor wind speed, pressure difference within the chimney, turbine speed and solar radiation values were measured at 10 second time interval with the sensors installed on the solar chimney system. The turbine blades are made with 3 different blade profiles. A total of 15 blades were manufactured by using aluminum casting method for the solar chimney turbine with 5 blades. The turbine manufactured according to the chimney diameter was installed at inlet of chimney. Blades was manufactured using NACA0015, NACA2415, NACA4415 blade profiles and they have been tested with 3 different pitch angle As a result of the study, it was observed that the solar radiation and collector outlet temperature had direct effect on inlet air flow rate. It was found that the turbine rotation speed was increased with the increase in hunchback ratio and decrease in the pitch angle, for this type profiles.. It was concluded that the NACA4415 profile was the most efficient model at 40 ° pitch angle.