Skip to content Skip to navigation

Sanayi Devrimi’nin Yapı Taşları: İlk Atmosferik Buhar Motoru

Osman Baran Kaplan
27/06/2019 - 16:47

James Watt’ın buhar motorunu keşfetmesi Sanayi Devrimi’nin başlangıcı olarak kabul edilir. James Watt, buhar motorunu madenlerde ortaya çıkan suyun dışarı pompalanması için etkili bir yöntem ararken geliştirdi. İlk yazımızda Arşimet, 12. yüzyılda yaşayan el-Cezeri ve 16. yüzyılda yaşayan Takiyüddin’in suyun yukarı taşınması için geliştirdikleri düzenekleri anlatmıştık.

Makara sistemini gösteren bir çizim

James Watt kendi buhar motorunu, atmosferik buhar motorunun mucidi Thomas Newcomen’in tasarımını geliştirerek ve verimliliğini artırarak geliştirdi.

Buhar makinesinden önce madenlerde açığa çıkan su atlar tarafından hareket ettirilen bir makara sistemindeki kovalar aracılığıyla çıkarılıyordu. Daha sonraları buharla çalışan sistemler kullanılmaya başlandı.

İngiliz mühendis Thomas Savery, 1698’de, icat ettiği buhar motorunun patentini almıştı. Savery’nin buhar motorunda su ısıtılarak buharlaştırılıyordu. Buharın bulunduğu tank soğutulduğunda içinde oluşan vakum madende açığa çıkan buharın yukarı çekilmesinde kullanılıyordu. Ancak bu buhar motoru tasarımı suyu çok yükseğe çıkaramıyordu. Bu nedenle derin madenlerde kullanılamıyordu.

İngiliz demirci Thomas Newcomen, yaşadığı yerin yakınlarındaki kalay madenlerinde suyu dışarı çıkarmak için kullanılan atların yüksek maliyetinden haberdardı. Newcomen bu soruna çözüm bulmak için yardımcısı ile on yıldan uzun bir süre boyunca buhar motoru üzerine çalışmalar yaptı. Ancak makine mühendisliği eğitimi almamışlardı. Bu nedenle dönemin ünlü bilim insanı Robert Hooke ile mektuplaşarak fikir alışverişi yaptılar. Yaklaşık on yıllık çalışmanın sonunda, 1698’de, pistonun çevresi deri bir kapakla sızdırmaz hâle getirilmiş, yaklaşık 18 cm çapında pirinç bir silindir yapmayı başardılar.

Newcomen’in atmosferik motorunun bir çizimi

Newcomen’in motorunda bir ucu buhar pistonu ve silindir sistemine, diğer ucu madendeki suyu yukarı çeken pompaya bağlı olan ahşap bir kalas bulunuyordu. Kalasın pompaya bağlı ucu silindir sistemine bağlı ucundan daha ağırdı. Bu nedenle sistem çalışmadığı zaman pompaya bağlı taraf aşağıda duruyordu. İlk olarak silindirin içi atmosfer basıncındaki buharla dolduruluyor ve daha sonra sisteme su püskürtülüp buharın soğuyarak yoğunlaşması sağlanıyordu. Bu durumda silindirin içinde oluşan vakum pistonu aşağı çekerken tahta kalasın diğer ucu yukarı kalkıyor, böylece madendeki su yukarı doğru çıkarak pompa odasına doluyordu. Daha sonra buhar silindirinin altındaki kapakçık açılarak silindirin içinin atmosfer basıncına dönmesini sağlıyordu. Bu sırada tahta kalasın diğer ucu daha ağır olduğu için yerçekiminin de etkisi ile aşağı iniyordu, böylece pompa odasındaki su tahliye ediliyordu.

Newcomen’in motorunda buhar atmosfer ile aynı basınçtaydı, bu nedenle Newcomen’in motoruna “atmosferik” motor denilmişti. Newcomen motoru ilk defa 1712'de Staffordshire'daki Dudley Şatosu yakınında kuruldu.

Newcomen’in atmosferik buhar motorunun icadından sonra geçen 60 yılda Newcomen'in tasarımından farklı olmayan birçok atmosferik motor üretildi.

John Smeaton - The Royal Society

İngiliz mühendis John Smeaton, Newcomen’in atmosferik buhar motorunun verimini artırmak için İngiltere’de kullanılan çok sayıda atmosferik buhar motoru tasarımını ayrıntılı olarak inceledi. Araştırmaları sonucunda farklı büyüklükteki atmosferik motorlar için en uygun oranları belirledi. Ayrıca motor parçalarının, özellikle pistonun ve silindirin, çalışma mekanizmasını geliştirerek motorlarının performansını iki katına çıkarmayı başardı.

1760'lı yıllarda mühendisler, derin madenlerden suyla birlikte kömürü de çıkarmak için buhar motorlarını kullanmaya başladı. Aynı dönemde James Watt da buharlı motorlarla ilgileniyordu.

Kaynaklar:

 

Yazar Hakkında:
Osman Baran Kaplan
ODTÜ Felsefe Bölümü Lisans Öğrencisi

İlgili İçerikler

Fizik

Suyu yukarı yönde taşıyabilen aletlerin geliştirilmesine yönelik çalışmalar James Watt'ın buhar motorunun keşfine öncülük etti.

Fizik

Suyun kaç derecede kaynadığını biliyor musunuz? Muhtemelen cevabınız 100°C olacaktır. Çünkü suyun deniz seviyesindeki kaynama noktası 100°C’dir. Peki, suyu daha düşük ya da yüksek sıcaklıklarda kaynatmak mümkün olabilir mi?

Fizik

Bilim Genç Fotoğraflar köşesinde ekim ayında objektiflerinizi çevrenizdeki müze ve bilim merkezlerine odaklamanızı istemiştik. Bu süreçte #MüzelerveBilimMerkezleri etiketiyle Bilim Genç’te paylaştığınız fotoğraflar Bilim Genç ekibi tarafından değerlendirildi. 

Fizik

Bir grup araştırmacı yeni bir mikromotor geliştirdi. Ultrason dalgalarıyla harekete geçirilen ve manyetizma etkisiyle idare edilen motor, zarar vermeden canlı hücreleri bir yerden başka bir yere taşıyabiliyor.

Fizik

Gaz termometrelerinde ise sıcaklığı ölçülecek malzeme, içerisinde gaz bulunan bir hazneye temas ettirilir ve gazın genleşmesinden ya da büzüşmesinden yararlanılarak sıcaklık ölçümü yapılır.  Bu etkinliğimizde maliyeti uygun malzemeler kullanarak bir hava termometresi düzeneği tasarlayacağız.

Fizik

Montreal Üniversitesindeki Ötegezegen Araştırmaları Enstitüsünden bilim insanları üç yıl önce keşfettikleri, Dünya’ya yaklaşık 111 ışık yılı mesafedeki K2-18 sistemindeki bir gezegenin atmosferinde su buharı tespit etti.

Fizik

Boğaziçi Üniversitesi Elektroteknoloji Kulübü ve IEEE Öğrenci kolu tarafından düzenlenen Boğaziçi Enerji Zirvesi’nin beşincisi 16 Kasım’da Boğaziçi Üniversitesi Albert Long Hall Kültür Merkezi’nde gerçekleştiriliyor.

Fizik

Çoğu zaman farkında olmasak da dalga ve dalga hareketinin yaşamın ve hayatımızın her alanında etkisi var. Bazen hayatımızı kolaylaştıran dalgaların bazı zaman da yıkıcı etkileri ile karşılaşıyoruz. Peki, dalgalar olmasaydı hayatımız nasıl olurdu?

Fizik

Nobel Fizik Ödülü’nün 2019 yılı sahipleri Princeton Üniversitesinden James Peebles, Cenova Üniversitesinden Michel Mayor ve Cambridge Üniversitesinden Didier Queloz oldu.

Fizik

Bilim insanları, günlük hava tahmini için çeşitli gözlemler ve ölçümler yapar. Bunların arasında rüzgâr hızı ölçümleri de vardır. Rüzgârın hızını ölçen aletlere anemometre (rüzgârölçer) denir. Bu etkinliğimizde maliyeti uygun malzemeler kullanarak bir rüzgârölçer tasarlayacağız.