buhar makinesi

ısı aracılığıyla mekanik iş üreten, buhar gücüyle çalışan makine.

Buhar makinesinde, çoğunlukla bir buhar kazanından sağlanan sıcak buhar, basınç altında genleşir ve ısı enerjisinin bir bölümü işe dönüşür. Isının kalan bölümü dışarı atılabilir ya da makinede en yüksek verimi elde etmek amacıyla buhar, ayrı bir yoğunlaştırıcıda, görece düşük basınç ve sıcaklıkta yoğunlaştırılabilir. Yüksek verimlilik elde edebilmek için, makine içinde genleşen buharın bu işlem nedeniyle sıcaklığında ortaya çıkan düşüşün büyük olması gerekir. En yüksek verim, yani sağlanan ısıdan çıkartılabilecek en çok iş, kazanlarda yüksek basınç, yoğunlaştırıcılarda da düşük sıcaklık kullanarak elde edilebilir. Buhar, kazandan makineye giderken bir aşırıısıtıcıdan geçirilerek daha da ısıtılabilir. Bu tür bir aşırıısıtıcı, buhar kazanının ocağından gelen sıcak yanma gazları tarafından ısıtılan, ızgaralar halinde düzenlenmiş bir grup paralel borudan oluşur. Aşırıısıtıcılardan geçirilen buhar, suyun kaynatılması yoluyla üretilirken ulaştığı sıcaklığın çok üstündeki sıcaklıklara kadar ısıtılabilir.

Alternatif piston hareketli buhar makinelerinde basınç altındaki buhar bir supap mekanizmasıyla silindire verilir ve burada genleşerek pistonu iter; çoğunlukla bir volanın krankına bağlı olan piston böylece bir dönme hareketi yaratır. Çift etkili makinede buhar kazanından gelen buhar, pistonun her iki ucuna dönüşümlü olarak verilir. Basit bir buhar makinesinde buhar, yalnızca bir silindir içinde genleşir, oysa çok genleşmeli (kompaund) makinede buharı daha çok genleştirebilmek ve daha yüksek verim elde etmek amacıyla giderek büyüyen boyutlarda iki ya da daha çok silindir bulunur. Birinci ve en küçük piston, yüksek basınçlı ilk buharla, ikinci piston ise birinciden çıkan daha düşük basınçlı buharla çalışır.

Buhar türbinlerinde ise memelerden yüksek hızlarda püskürtülen buhar, bir dizi sabit ve hareketli kanada çarparak bir rotorun yüksek hızlarda dönmesini sağlar. Alternatif hareketli buhar makinelerine oranla daha sağlam olan buhar türbinleri, aynı zamanda daha yüksek sıcaklıklara ve daha büyük genleşme oranlarına ulaşılmasını olanaklı kılar. Türbin (Bakınız Türbin ve Kullanım Alanları), tüm dünyada buhardan bol miktarlarda elektrik enerjisi elde etmekte en yaygın olarak kullanılan araçtır.

İlk buhar makineleri

1. yüzyılda İskenderiyeli Heron tarafından geliştirilen aeolipil türünden çeşitli bilimsel aygıtlardı, ama 17. yüzyıla değin buharın uygulamaya yönelik amaçlarda kullanılmasına ilişkin önemli bir gelişme olmadı. 1698’de Thomas Savery, maden ocaklarında yoğunlaşan buharın ürettiği suyu emme yoluyla dışarı atmak amacıyla, valfları elle çalıştırılan bir pompa yaptı. 1712’de ise bir başka İngiliz mucit, Thomas Newcomen, yoğunlaşan buharın bir piston aracılığıyla sudan ayrıldığı daha verimli bir buhar makinesi geliştirdi. 1765’te James Watt, Newcomen’in makinesine ayrı bir yoğunlaştırıcı ekleyerek pistonun her ileri-geri hareketinde silindirin ısınıp soğumasını engellemeyi başardı. Watt daha sonra, pompayı basitçe aşağı-yukarı hareket ettirmek yerine bir mili döndüren yeni bir makine geliştirdi ve pratik bir enerji düzeneği yaratmaya yönelik birçok başka yenilik getirdi.
1769’da Fransız mühendis Nicholas-Joseph Cugnot, karayolunda kullanılmak üzere hantal bir buharlı araç geliştirdi.

İngiliz mucit Richard Trevithick, ilk kez buharlı bir aracı raylar üzerinde denedi; 1803’te de buharlı bir lokomotif yaparak aracını Şubat 1804’te Galler’de bir atlı tramvay yolu üzerinde başarıyla kullandı. İngiliz mühendis George Stephenson’ın 1829’da yaptığı “Rocket”le birlikte buhar makinelerinin demiryollarında kullanımı başladı. Pratik kullanıma uygun ilk buharlı gemi, 1802’de William Symington tarafından geliştirilen ve İskoçya’daki Forth and Clyde Kanalı’nda denenen “Charlotte Dundas” adlı römorkördü. 1807’de ise ABD’li Robert Fulton buhar makinesiyle çalışan ilk yolcu gemisini yaptı.

Özitmeli araçlarda kullanılan buhar makineleri bir süre sonra yerlerini içten yanmalı motorlara bıraktıysa da, 20. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıkan hava kirliliği sorunu nedeniyle yeniden ilgi duyulan araçlar durumuna geldiler.