Düşük sıcaklık uygulamaları için faz değiştiren malzemelerin hazırlanması ve ısıl özelliklerinin incelenmesi
Preparation of phase change materials for low temperature applications and investigation of their thermal properties
Yazar: SUDE YALDIZ
Danışman: DOÇ. DR. MEHMET SELÇUK MERT
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Alternatif enerji = Alternative energy

Özet:
Mineral yakıt diğer adıyla fosil yakıtların tükenmeye başlaması, yeniden oluşumlarının yüzyıllar sürmesi ve bunun yanı sıra ekosisteme verdiği zararlar yıllardır çeşitli araştırmacılar tarafından değerlendirilmektedir. Bu araştırmaların devamında, alternatif kaynaklara yönelim gün geçtikte artmaktadır. Alternatif kaynaklar, hidro, jeotermal, güneş, rüzgâr, odun, bitki artıkları, biyokütle, gel-git ve dalga olarak kabul görmektedir. Bu kaynakların yenilenebilir olması ve karbon salınımını önemli ölçüde azaltması Dünya için büyük önem arz etmektedir. Ancak, yenilenebilir enerji kaynaklarının doğa şartlarına bağımlılığı kesikli üretim oluşmasına sebebiyet vermektedir. Bu sebeple, bilim insanları yenilenebilir kaynaklı sistemler ile elde ettikleri enerjileri ve halihazırda kullanılamayan atık enerjileri saklayabilmenin yollarına yönelmiştir. Bu amaçlarla gerçekleştirilen enerji depolama, cihaz veya depolama alanında, enerjinin elektrik, ısı veya kimyasal gibi farklı şekillerde korunması olarak ifade edilebilir. Isıl depolama, hissedilir ısı depolama (sadece sıcaklık değişimine uğrayarak), gizli ısı depolama (faz değişim yolu ile) veya her ikisinin birlikte yapılabildiği enerji depolama yöntemidir. Bunlardan, gizli ısı depolama (GID) ile malzemenin faz değişimi sırasında verdiği veya aldığı ısı malzemenin bünyesinde faz değişim malzemesi (FDM) adı verilen uygun ısı kapasitesine sahip ve belirli bir sıcaklık değerinde ulaştığında, faz değiştirerek enerjiyi absorplayabilen veya salabilen malzemeler ile gerçekleştirilmektedir. Bu çalışmada, düşük sıcaklık enerji uygulamalarında kullanılmak üzere yeni bir kompozit faz değiştiren malzemenin hazırlanması amaçlanmıştır. Bunun için, kaprik asit esaslı kompozit faz değiştiren malzemelerin tek adımda, impregnasyon yöntemiyle granül halindeki Pomzaya emdirilerek, yeni bir gizli ısı depolama malzemesinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, hazırlanan kaprik asit katkılı kompozit FDM'nin ısıl, morfolojik ve kimyasal özellikleri; Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi (FT-IR) spektroskopisi analizleri ile araştırılmıştır. Elde edilen kompozit malzemenin erime gizli ısısı 36,18 kJ/kg, erime ve kristalizasyon pik sıcaklıkları ise sırasıyla, 31,14 C ve 25,32 C olarak bulunmuştur. Sonuç olarak, elde edilen kompozit FDM'nin düşük-orta sıcaklıktaki çeşitli pratik uygulama alanları için uygun bir aday olabileceği değerlendirilmektedir.

Abstract:
The depletion of mineral fuels, also known as fossil fuels, the fact that they take centuries to regenerate, as well as the damage they cause to the ecosystem, have been evaluated by various researchers for years. In the continuation of these researches, the tendency to alternative sources is increasing day by day. Alternative sources are hydro, geothermal, solar, wind, wood, plant residues, biomass, tides and waves. It is of great importance for the world that these resources are renewable and significantly reduce carbon emissions. However, the dependence of renewable energy sources on natural conditions causes discontinuous production. For this reason, scientists have turned to ways to store the energies they have obtained with renewable sources and the waste energies that cannot be used at present. Energy storage for these purposes can be expressed as the conservation of energy in different ways, such as electricity, heat or chemicals, in the device or storage area. Thermal storage is an energy storage method in which sensible heat storage (with temperature change only), latent heat storage (through phase change) or both can be done. Of these, the heat given or received by the material during the phase change with latent heat storage (GID) is realized with materials called phase change material (FDM) within the material, which have the appropriate heat capacity and can absorb or release energy by changing the phase at a certain temperature value. In this study, it is aimed to prepare a new composite phase change material for use in low temperature energy applications. For this, a new latent heat storage material was produced by impregnating the capric acid-based composite phase change materials into granular pumice in a single step by impregnation method. In this context, the thermal, morphological and chemical properties of the prepared capric acid added composite FDM; It was investigated by Differential Scanning Calorimetry (DSC), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy analysis. The latent heat of melting of the obtained composite material was found to be 36.18 kJ/kg, and the peak temperatures of melting and crystallization were found to be 31.14 °C and 25.32 °C, respectively. As a result, it is evaluated that the obtained composite PCM may be a suitable candidate for various practical application areas at low-medium temperatures.