Sistemin çalışması ile birlikte devremizin yük tarafından büyük değerde akım akacağını düşündüğümüz için bobinleri kalın kesitli bakır iletkenlerden yapmıştık. Nitekim çalışma esnasında devremizden yaklaşık olarak 14,20A akım aktığı gözlenmiştir.
Rezonans devresini oluşturabilmek adına kondansatör grubumuzu bujimize paralel olarak bağladık. Devremiz self-rezonans özelliğine sahip olduğu için buji ve kondansatör bloğu devrenin otomatik olarak çalışabileceği belirli bir rezonans frekansına sahip olacaktır.
Daha önceden de hesapladığımız üzere devreye ait rezonans frekansının 270 kHz’ler seviyesinde olmasını planladık. Fakat sistem devrede iken osiloskop ile yapmış olduğumuz ölçüm sonrasında frekansın 368 kHz olduğunu gördük.
Kondansatörler büyük akımlara ve ısınmaya karşı dayanıklı olmalıdır, aksi taktirde hasar görecek veya devre dışı kalacaklardır. Ayrıca, akımın büyük bir kısmı ısıtma bujisi ile kondansatör grubunun arasında akacağı için kondansatörler ısıtma bujisine oldukça yakın yerleştirilmelidir.
Şok bobini enerjilendirilmeden önce; Şekil 4.1 (a), elektronik devremizde bulunan her iki mosfetin Gate uçlarında, Şekil 4.1 (b)’de her iki mosfetin Drain uçlarında osiloskopta ölçülen frekansın 368 kHz olduğunu göstermektedir.
Şekil 4.1 (a) Şekil 4.1 (b)
Şok bobini enerjilendirildikten sonra; elektronik devremiz kendiliğinden osilasyona girdi ve bujimiz çok kısa süre içerisinde kızarmıştır. Şekil 4.2 (a), mosfetlerin Drain-GND arasındaki, Şekil 4.2 (b) ise her iki mosfetin Drain uçları arasındaki osiloskop sinyallerini göstermektedir.
71
Şekil 4.2 (a) Şekil 4.2 (b)
Bujimiz yaklaşık 54 sn. içerisinde Şekil 4.3’teki kızarıklığa gelmiş olup sıcaklığı yaklaşık 600˚C’ye kadar ulaşmıştır.
Şekil 4.3. Isıtma bujisinin son hali
Bujimizin gövdesi kızarmasına rağmen sıcaklık değerinin düşük olduğu düşüncesi ile temin etmiş olduğumuz Vespark marka 24V gerilimle çalışan bir ısıtma bujisi ile karşılaştırma yaptık. Temin ettiğimiz bujiyi direkt olarak 24V DC güç kaynağı ile çalıştırmamız sonrasında yaklaşık 45 sn. içerisinde sıcaklığının 579˚C’ye ulaştığını gördük. Her iki bujinin de sıcaklığının zamana bağlı olarak değişimi Şekil 4.4’te gösterilmektedir.
Şekil 4.4. Isıtma bujileri için sıcaklık-zaman grafiği
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Vespark(VSP) ısıtma bujisi
İndüksiyon ısıtma ile çalışan ısıtma bujisi
Bu sonuç çalışmamızın mevcut ticari bir buji ile yaklaşık aynı seviyede olduğunu göstermektedir. Hatta buji gövdesi olarak kullandığımız metalin hacimsel olarak büyük olmasına rağmen konvansiyonel bujilerle aynı sıcaklıkların elde edilmiş olması bizi tezimizin çıktıları konusunda daha da cesaretlendirmiştir. Çizelge 4.1'de yapmış olduğumuz el yapımı buji ile konvansiyonel bujinin fiziksel özelliklerini kıyaslamaktadır. Deneyde kullanılan ticari model yalnızca 1 gramlık kütleyi istenilen sıcaklığa çıkarmaya çalışırken tez konusu buji 6 gramlık bir kütleyi ısıtmaya çalışmaktadır.
Çizelge 4.1. İki ayrı ısıtma bujisine ait değerlerin karşılaştırılması
VSP (Vespark) New GP Ölçülen Sıcaklık (˚C) 579˚C 564˚C t=45 sn. Malzeme et kalınlığı (mm) ≈ 0,50 mm. ≈ 0,50 mm. Malzeme çapı (mm) ≈ 5 mm. ≈ 8,40 mm. Isınan kütle (gr) ≈ 1 gr. ≈ 6 gr. Uzunluk (mm) ≈ 18,00 mm. ≈ 73,00 mm.
Çizelge 4.1'deki kütle değeri aşağıdaki metot ile normalize edildiğinde aynı miktar enerji ile 1 gramlık kütlenin yaklaşık 7,5 saniyede 579˚C'ye ulaşabileceği sonucuna varılmaktadır.
6 gr. malzemenin 579˚C sıcaklığa ulaşması için gereken süre 45 sn. 1 gr. malzemenin 579˚C sıcaklığa ulaşması için gereken süre x=?
Buradan x≈7,5 olarak bulunur.
Elde edilen bu sonuç ile şöyle bir yaklaşımda bulunmamız mümkün olabilmektedir. Tasarlamış olduğumuz yeni ısıtma bujisinin mevcut bir konvansiyonel ısıtma bujisi ölçülerine indirgenebilmiş olması durumunda mevcut ısıtma bujilerine oranla çok daha kısa sürelerde kızdırma işleminin gerçekleştirilebileceği görülebilmektedir.
Bir diğer cevap aranması gereken soru ise, buji içerisine eklenmiş olan ısıtma bobinlerinin gerçekten indüksiyon yoluyla mı yoksa rezistif yapısı ile mi gövdeyi ısıttığı
73
sorusudur. bu sorunun cevabı olarak aşağıdaki düzenek kurulmuş ve 2 metot ile bu soruya cevap aranmıştır.
Metot 1: Bu metotta bobinlerin iç dirençleri ölçülerek ve DC direnç değerleri baz alınarak bobinin ne kadar güç harcadığı üzerinden bir yaklaşımda bulunulmuştur. Bobinin direnci mikroohm metre ile yaklaşık olarak 4 mΩ olarak ölçülmüştür.
Şekil 4.5. Isıtma bujisine ait iç direncin miliohm metre ile ölçülmesi
P=I2R olduğundan telde harcanan güç (14,2)2x4.10-3=0,81W olarak elde edilir. Sistemin çektiği toplam güç; P=U.I ise PToplam=24x14=336W. Toplam güç içerisinde yalnızca 0.78W'lık bir kısım telden kaynaklanmakta ve geriye kalan güç indüksiyon tarafından oluşturulan ısıtma yeteneğini göstermektedir. Buradan:
Pind=(336-0,81)/336=0,997=%99,7 olarak bulunur.
Metot 2: Bu yöntemde pirometre ile Şekil 4.6 (a)’da gösterildiği üzere 12.62A'lik bir akım kaynağına maruz bırakılan bujimizdeki sıcaklık artışı hesaba katılmıştır. Şekil 4.6 (b)’de ve Şekil 4.6 (c)’de ise ısıtma bujisinin akım kaynağına bağlanması ile yaklaşık 1 dakika 50 saniye süreyle beklenmesi sonrasında elde edilen sıcaklık ve akım değerlerini gösterilmektedir.
Şekil 4.6 (a) Şekil 4.6 (b) Şekil 4.6 (c)
Şekil 4.6. Tasarlamış olduğumuz ısıtma bujisinin akım kaynağına bağlandıktan sonraki
sıcaklık ve akım değerleri
Şekil 4.6 (b)'den yalnızca DC akım yeteneği ile 23,2˚C'ye çıkabilen bujimiz tam gerilim altında daha kısa sürede (45 sn.) 564˚C'ye kadar çıkabilmiştir. Buradaki enerji oranından ne kadarlık bir ısınma enerjisinin indüksiyon yolu ile oluştuğunu normalize edebiliriz.
Öncelikle Şekil 4.6 (b)'deki başlangıç sıcaklığının 14,20 A altında 45 sn sürmüş şekliyle normalize edersek (orantı yolu ile):
(14,2)2/(12,62)2 =1,266
QDC=(0,5x4,47+0,4x3,04+0,4x5,11)x1.266x(45 sn / 110 sn)=2,755 joule
Burada; 14,20A, vermeyi hedeflediğimiz akım miktarı, 45 saniye ise daha az çalıştırmayı düşündüğümüz süredir. Bujimizin normal çalışma koşullarında harcadığı toplam enerji:
Qtoplam=U.I.t=24x14,20x45=15336 joule’dür.
İndüksiyon ile elde edilen enerji ise:
Qind=Qtoplam-QDC; 15336-2,755≈15333 joule olarak bulunur.
Buradan 15333/15336=0,999 ise %99,9 indüksiyon ısıtmanın payı olarak hesaplanabilir. Her iki metodun ortalaması olarak ele alınırsa; indüksiyon ısıtmanın ortalama etkisi; %99,8 olarak hesaplanabilir.
Bu sonuçlar ve yaklaşımlar indüksiyon ısıtma metodunun ısıtma bujilerinde kullanılabileceğini göstermektedir. Önümüzdeki olası engeller ısıtmanın
75
gerçekleştirilmesinin mümkünlüğünden ziyade sistemin ticari değere erişmesi bakımından araç üreticilerinin göstereceği ilgiye ve bu firmaların talebi noktasındaki direncin kırılması ile ilgili olacağı öngörülmektedir.