GiriÅŸ

Küresel ısınma, iklim deÄŸiÅŸiklikleri, nüfus artışı, sanayileÅŸme ve etkin tarım faaliyetlerinin dünyanın kısıtlı yeraltı ve yerüstü kaynaklarını tükettiÄŸi bir gerçektir. SanayileÅŸme ve geliÅŸme hamlelerine paralel olarak ülkemizde de kaynak tüketimi hızla artmaktadır. 

 

Dünyada ve ülkemizde su kaynaklarının giderek tükenmesi ve mevcut su kaynaklarının kullanılamayacak duruma gelmesi, su temini konusunda çalışmaları zorunlu kılmaktadır. 

 

Özellikle, su gibi doÄŸal bir kaynağın tüketilerek geriye dönüÅŸünün mümkün olmaması, bizleri bu kaynakları koruyacak ve kurtaracak teknolojileri kullanmaya ve geliÅŸtirmeye mecbur kılmaktadır.

 

Ä°çme ve kullanma suyuna duyulan ihtiyacın artması, bilim adamlarını arayışlara ve bu konuda çalışmalar yapmaya zorlamıştır. Dünya üzerindeki su potansiyelinin yalnızca % 0,5’i içilebilecek nitelikte olup, % 97’si deniz suyu, % 2,5’i ise tuz içermesinden dolayı tuzlu yeraltı suyu olarak sınıflandırılmaktadır. 

Söz konusu tuzlu sular, içilebilecek nitelikte suya dönüÅŸtürülürse su temini açısından sınırsız bir potansiyel elde edileceÄŸi açıktır. Son yıllarda, çoÄŸu kurak ve kıraç bölgelerde deniz suyundan içme suyu elde edilmiÅŸtir.

 

Geleneksel damıtma iÅŸlemlerindeki Ters ozmos (TO), Çok AÅŸamalı FlaÅŸ (MSF), Çok Etkili Damıtma (MED), Elektrodiyaliz (ED) vb. yeni çalışmalar maliyetin azaltılmasına yöneliktir [1]. 

 

GüneÅŸ enerjisiyle damıtmadaki temel teori, doÄŸada var olan su çevriminin minyatür olarak yeniden yapılandırılmasıdır. 

 

Küresel su çevriminde güneÅŸ, su kaynaklarını ve yüzey sularını buharlaÅŸtırır, hayvan ve bitkilerde solunuma sebep olur. 

 

Atmosferdeki nem arttıkça buhar bulutlarda yoÄŸunlaşır ve uygun soÄŸutma koÅŸulları ile dünyaya yaÄŸmur olarak geri döner. GüneÅŸ enerjili havuzla damıtma iÅŸlemi dünyada doÄŸal olarak gerçekleÅŸmektedir [2]. Ä°lk yapılan damıtıcıların mantığı bu çevrime dayanmaktadır. 

GeliÅŸtirilen damıtma sistemleri de bu prensibe göre çalışır. Damıtma havuzuna alınan tuzlu su, güneÅŸ enerjisiyle buharlaÅŸtırılır. BuharlaÅŸan su, daha soÄŸuk saydam örtüde yoÄŸunlaşır. YoÄŸunlaÅŸan su toplanarak içilebilir ve kullanılabilir su elde edilir.

 

Yapılan çalışmada; Düzce ili koÅŸullarında, Karadeniz’den (Akçakoca-EreÄŸli sahillerinden) temin edilen deniz suyundan ısı pompası ilave edilmiÅŸ basit bir güneÅŸ enerjili damıtıcı kullanarak, tatlı su elde edilmiÅŸtir. Isı pompasının güneÅŸ enerjili damıtma sistemine etkileri incelenmiÅŸtir. 

 

Damıtılan suyun miktarındaki deÄŸiÅŸmeler, soÄŸutucu akışkanın yoÄŸuÅŸma ve buharlaÅŸma sıcaklıkları ölçülmüÅŸtür.

 

Çalışmanın Önemi

Son yıllarda baÅŸta küresel ısınma olmak üzere birçok nedenden dolayı su çok deÄŸerli bir kaynak olmaktadır. Dünyamızda nüfusun sürekli artması ve su kaynaklarının azalması ile birlikte içme suyu sıkıntısı yaÅŸanmaktadır. Günümüzde dünyada ciddi bir temiz su sıkıntısı yaÅŸanmaktadır. 

Su kaynaklarının kirlenmesi ve nüfus artışı yüzünden 2025’ li yıllarda nüfusun üçte ikisi temiz su sıkıntısı çekecektir. Su sıkıntısı daha çok kuzey Afrika ve güney Asya ülkeleri gibi kurak alanlarda yaÅŸanmaktadır (15° -35° Kuzey enlemlerinde). 

 

Bu durum karsısında en geçerli çözüm güneÅŸ enerjisiyle damıtma olarak görülmektedir. Temiz suya en çok ihtiyaç duyan yerler aynı zamanda yoÄŸun güneÅŸ enerjisine sahip yerlerdir. Bu yüzden de termal güneÅŸ enerjili damıtma iÅŸlemi, uygulanabilecek en etkili yöntemdir[3].

 

Yapılan çalışmada; Düzce ili koÅŸullarında, Karadeniz’den (Akçakoca-EreÄŸli sahillerinden) temin edilen deniz suyundan ısı pompası ilave edilmiÅŸ basit bir güneÅŸ enerjili damıtıcı kullanarak, tatlı su elde edilmiÅŸtir. Isı pompasının güneÅŸ enerjili damıtma sistemine etkileri incelenmiÅŸtir. Damıtılan suyun miktarındaki deÄŸiÅŸmeler, soÄŸutucu akışkanın yoÄŸuÅŸma ve buharlaÅŸma sıcaklıkları ölçülmüÅŸtür.

 

Deneysel Sistem

Yapılan deneylerde Düzce ili koÅŸullarında bir güneÅŸ enerjili su damıtıcısının performansını etkileyen parametreler olan “ortam sıcaklığı, rüzgâr hızı, havuz içerisindeki su derinliÄŸi, sisteme ilave edilen ısı pompası”nın damıtma miktarı, üzerindeki etkileri incelenmiÅŸtir. 

 

Bu deneylerin sonuçlarına dayanılarak, mevcut koÅŸullardan daha fazla yararlanılabilecek, performansı daha fazla olabilecek yeni güneÅŸ damıtıcısı dizaynları için önerilerde bulunulmuÅŸtur.

 

Bunun haricinde damıtma sistemindeki; dış ortam sıcaklığı, damıtılan su sıcaklığı, damıtılmış suyun sıcaklığı, soÄŸutucu akışkan evaparatör çıkış sıcaklığı, soÄŸutucu akışkan kompresör giriÅŸ sıcaklığı, soÄŸutucu akışkan kompresör çıkış sıcaklığı, soÄŸutucu akışkan genleÅŸme vanası giriÅŸ sıcaklığı, soÄŸutucu akışkan buharlaÅŸma sıcaklığı, soÄŸutucu akışkan yoÄŸuÅŸma sıcaklığı gibi parametrelerin ölçümü için 9 adet termokupl ve bağımsız çalışan model dijital termometre cihazları kullanılmıştır.

 

Åžekil 1’de damıtıcının ön görünüÅŸü ve elemanların isimleri verilmektedir.

 

Depoda sürekli olarak deniz suyu bulunmaktadır. Amaç, damıtma sistemine direkt denizden suyu alıp kullanmaktansa burada depolamanın ısı yönünden avantajlı olduÄŸu görülmüÅŸtür. Bu deponun içerisinde sürekli deniz suyu bulunacağından havuzdaki su damıtıldıkça ve eksildikçe depodan su ilave edilmiÅŸtir. Böylece havuza alınan deniz suyunun ısısı, güneÅŸ ışınımı almış olduÄŸu için artacaktır.

 

Siyah mat renge boyanmış damıtma havuzundaki deniz suyu, güneÅŸ ışınımı vasıtasıyla ısınarak sıcaklığı yükselmiÅŸtir. Ayrıca sisteme ısı pompası ilave edildiÄŸi için yoÄŸuÅŸma havuzunun altında bulunan kondenser sayesinde güneÅŸ enerjisine ilave olarak kondenserde damıtılacak suyun sıcaklığını yükseltecek ve yoÄŸuÅŸmaya katkısı gözlemlenmiÅŸtir. 

 

Sıcaklığı yükseldikçe buharlaÅŸmış üstteki cam örtüde yoÄŸuÅŸmuÅŸtur. Daha sonra üst yoÄŸuÅŸma örtüsündeki eÄŸimden dolayı yoÄŸuÅŸan su, damlacıklar halinde aÅŸağı doÄŸru akmış ve damıtma havuzunun iç, yan kısımlarına yerleÅŸtirilmiÅŸ toplama kanallarına alınmıştır. 

 

Buradan da havuzun dışına taşınacak ve toplama kabında depolanmıştır. Depolanan su aynı zamanda evaparatör vasıtası ile soÄŸutulması saÄŸlanmıştır. 

 

Damıtma havuzu, sudan etkilenmemesi için epoksi astar ve onun üzeri de siyah mat boya ile boyanmıştır. Bu astar sayesinde su, yüzeyler üzerinde aşındırıcı bir özellik sergilemeyecek ve sistemin performansını etkilemeyecektir.  

 

Deney Sonuçlarının DeÄŸerlendirilmesi

Deneyler 21 Haziran - 5 Temmuz tarihlerinde 8:00 ile 20:00 saatleri arasında yapılmıştır. Bu süre içerisinde hem ısı pompası devredeyken hem de ısı pompası devrede olmadan ölçümler yapılmıştır.

 

Åžekil 2’de deney yapılan günlere ait sıcaklık ölçüm noktalarından alınan ortalama deÄŸerler grafiksel olarak verilmiÅŸtir. 

 

Åžekil incelendiÄŸinde ölçülen sıcaklık deÄŸerlerinin dış ortam sıcaklığıyla paralel bir deÄŸiÅŸim gösterdiÄŸi görülmektedir. Özellikle güneÅŸ ışınımının yüksek olduÄŸu öÄŸle saatlerinde her bir ölçüm noktası için sıcaklık deÄŸerlerinin arttığı gözlemlenmektedir. 

 

Saat 16 ve 18 arasında dış yüzey cam sıcaklığındaki hızlı düÅŸüÅŸ güneÅŸ radyasyonunun çok azaldığını göstermektedir. 18 ve 20 saatleri arasındaki artışın sebebi ısı pompasın devreye girmesiyle birlikte kabin içerisindeki sıcaklık artışının cam yüzey sıcaklığını etkilemektedir.

 

Åžekil 3’te deney yapılan günlere ait damıtılan su miktarları verilmiÅŸtir. Damıtılan su miktarları ortalama güneÅŸ radyasyonu deÄŸerleri ile doÄŸru orantılıdır. 

 

GüneÅŸ radyasyonunun artması suyun buharlaÅŸmasını arttıracaktır. 

 

Åžekil incelendiÄŸinde deneylerin ilk 3 günü damıtılan su miktarının artış gösterdiÄŸi daha sonra ise düÅŸüÅŸe geçtiÄŸi gözlemlenmektedir.

 

Öneriler

Sonuçlardan elde edilen bilgilere göre ileride yapılacak çalışmalar için aÅŸağıdakiler öerilebilir;

 

Bu çalışmada Düzce ili iklim ÅŸartları için deneyler yapılmıştır. Bu çalışma farklı iklim ÅŸrtları için yapılarak verim karşılaÅŸtırılabilir.

Yapılan çalışmalarda farklı yüzey alanları ve alternatif yoÄŸuÅŸma örtüleri denenebilir. Yapılacak çalışmalarda baÅŸka soÄŸutucu akışkanlarda denenebilir.

 

Yapılan bu çalışma farklı aylarda yapılarak ısı pompasının sisteme etkisi incelenebilir.

 

Kaynaklar

[1] Can, M., EtemoÄŸlu, A.B. ve Avcı, A., “Deniz suyundan tatlı su eldesinin teknik ve ekonomik analizi”, UludaÄŸ Üniversitesi Mühendislik-Mimarlık Fakültesi Dergisi, 7(1):147-160 (2002).

[2] Perlin, J. and Gordes, J.N., “An historical and prospective review of solar water purification, bringing water to the world”, ASES, Riverton, Santa Barbara, 80- 95 (2005).

[3] Lindblom, J., “Solar Thermal Technologies for Seawater Desalination”, Renewable Energy Sytems, Lulea University of Technology, 2-5 (2003).