Buhar Makinesi Nedir, Nasıl Çalışır?

Buhar makinesi, suyun ısıtılmasıyla elde edilen buharın basıncını mekanik harekete dönüştüren bir makinedir. Kâğıt üzerinde basit bir fikir, ama 18. yüzyılda dünyanın çalışma biçimini kökten değiştirdi: fabrikalar, trenler ve buharlı gemiler bu buluşla mümkün oldu.

Çalışma prensibi

Su buhara dönüştüğünde hacmi yaklaşık 1.600 kat artar. Bu genleşme kapalı bir alanda gerçekleşirse ortaya güçlü bir basınç çıkar. Buhar makinesi bu basıncı bir pistonu itmek için kullanır. Klasik bir pistonlu buhar makinesinin parçaları şunlardır:

1. Ocak ve kazan: Kömür ya da odun yakılarak kazandaki su kaynatılır ve yüksek basınçlı buhar elde edilir.
2. Silindir ve piston: Buhar silindire gönderilir ve pistonu iter.
3. Sürgü valfi: Buharı sırayla pistonun bir önüne bir arkasına yönlendirir. Böylece piston ileri geri hareket eder.
4. Krank ve volan: Pistonun doğrusal hareketi bir krank milinde dönme hareketine çevrilir. Ağır volan, hareketin kesintisiz ve dengeli olmasını sağlar.
5. Yoğuşturucu (kondansatör): İşini bitiren buhar soğutularak tekrar suya dönüştürülür.

Kısa bir tarihçe

Buharın gücünü kullanma fikri antik çağlara kadar uzanır; İskenderiyeli Heron'un 1. yüzyılda tarif ettiği "aeolipil" adlı dönen küre buna örnektir. Ancak işe yarar ilk buhar makineleri 17. ve 18. yüzyılda ortaya çıktı.

• 1698 – Thomas Savery: Madenlerdeki suyu dışarı pompalamak için piston içermeyen bir buhar pompasının patentini aldı.
• 1712 – Thomas Newcomen: Pistonlu ve ticari olarak başarılı ilk buhar makinesini kurdu. Bu "atmosferik makine" de maden ocaklarından su çekmek için kullanıldı, ama yakıt tüketimi çok yüksekti.
• 1769 – James Watt: Newcomen makinesine ayrı bir yoğuşturucu ekleyerek silindirin her çevrimde soğuyup ısınmasını önledi. Bu değişiklik verimi kat kat artırdı. Watt, sonraki yıllarda dönme hareketi üreten sistemleri de geliştirdi ve makine fabrikalarda kullanılabilir hale geldi.
• 1804 – Richard Trevithick: Raylar üzerinde yük taşıyan ilk buharlı lokomotifi çalıştırdı.
• 1829 – George Stephenson: Rocket lokomotifi ile demiryolu çağı başladı.

Güç birimi olan watt da James Watt'ın adını taşıyor. Watt'ın makinelerini satarken kullandığı "beygir gücü" kavramı da hâlâ otomobil motorlarında karşımıza çıkıyor.

Buhar gücü bugün

Pistonlu buhar makineleri bugün müzelerde ve nostaljik tren hatlarında kaldı. Ama buhar, hâlâ dünyanın elektriğinin büyük kısmını üretiyor. Kömür, doğalgaz, nükleer ve jeotermal santrallerin çoğunda yapılan iş aynı: su ısıtılıp buhar elde ediliyor ve bu buhar, pistonu değil bir buhar türbinini döndürüyor. Türbin de jeneratörü çalıştırıyor. Yani evinizdeki prizden gelen elektriğin önemli bir kısmı, 300 yıl önce maden ocaklarında başlayan bir fikrin modern hali.