Endüstri Devrimleri Tarihi: Endüstri 1.0 ve Buharlı Makineler

ENDÜSTRİYEL DEVRİMLER TARİHİ VE ENDÜSTRİ 4.0

İnsanlık tarihinin gelişimleri incelendiğinde, devrimsel gelişimlerin bir çoğunda üretim tekniklerinin gelişimi ve değişiminin ne kadar etkili olduğunu görmekteyiz.

Örneğin hayvanların evcilleştirilmesi ve toprak işleme yeteneğinin gelişmesi, insanlık tarihinin üretim tekniklerinin değişimi neticesinde yerleşik hayata geçmesinin ilk örneklerindendir. Tarih öncesi çağlar dikkate alındığında (taş devri-bakır devri-tunç devri-demir devri), üretim aletlerindeki değişimlerle anıldığı görülmektedir.

Sonraki yüzyıllarda bu etki; sosyal ve siyasi gelişmelere yerini bırakmış olsa da, tarihin her döneminde üretim tekniklerindeki gelişmeler toplumların gelişimi derinden etkilemiştir. Rönesans döneminde temel bilimlerin gelişmesi, 17. yüzyılda Fransız ihtilalinin olması, 16 ve 17. yüzyılda Orta Amerika’nın sömürülme dönemi; 18 ve 19. yüzyılda sanayi devrimin oluşması için gerekli ekonomik, bilimsel ve siyasi gelişmeleri hazırlamıştır.

Alvin Toffler; insanlık tarihini organize tarıma geçiş, sanayileşme ve servis/bilgi ekonomisine geçiş olarak  üç  kısma  ayırmıştır.  Toffler’a göre, sosyal düzenlerin ortaya çıkmasında bu akımların önemi büyüktür. Organize tarım, köylü sınıfını yaratmıştır. Sanayileşme  ile,  toprak  işleme  yerini fabrikalara bırakırken, geniş ailelerden çekirdek ailelere doğru bir geçişe sebep olmuştur.  Aynı  zamanda  tarım  toplumunda yavaş akan hayat, sanayi toplumunda aşırı senkronize ve hızlı akmaya başlamıştır. Bilgiye dayalı toplumlarda ise kişisellik ön plana çıkmaktadır.

Sanayi devrimlerinin her bir aşamasında o dönemler için çığır açan inovasyonlar, endüstride büyük değişiklikler yarattığı gibi sosyal-bilimsel-ekonomik ve kültürler anlamda bir çok değişimi tetiklemiştir. Aşağıda bu gelişmeler açıklanmış olup, endüstri 4.0 için kişisel tahminler anlatılmıştır.

ENDÜSTRİ 1.0 – BUHARLI MAKİNALAR DÖNEMİ:

Worecester Makinası

Buhar makinelerinin temel prensibi, sıvı haldeki su ile buhar haldeki su arasındaki basınç farkını kinetik enerjiye dönüştürmektir. Sıvı halde bulunan su kömür-odun-petrol türevleri ile ısıtılarak kızgın buhar haline getirilir, bu buhar bir odacığa toplanır, hızla soğutulan bu odacıkta sıcaklıkla birlikte basınç da düşer ve vakum oluşur. Bu vakumun gücü kinetik enerjiye dönüşür ve piston sistemini tetikler.

Isıtma ve buharlaştırma prosesi, hareketli mekanizmanın dışında bir kısım olması nedeniyle bu tür motorlar teknikte “dıştan yanmalı motor” olarak anılır.

Her ne kadar daha önceleri buharlı makine örnekleri geliştirilmiş olsa da, 1665 yılında Worecester makinesi olarak bilinen ve suyu daha yüksek noktalara pompalamada kullanılan buharlı makine, ilk ticari buharlı makinedir.

Sonrasında, 1698 yılında bir İngiliz olan Thomas Savery buhar pompası denen ve su pompalamada kullanılan makineyi yaptı. Bu makine tamamen buharın ısıtılıp soğutulmasından ileri gelen basınç yükselme ve düşmeleri neticesindeki basınç farkına göre çalışmaktaydı. Bu makine için çok fazla ısı enerjisi gerekmesi, yüksek basınç altında oluşan riskler ve veriminin çok düşük olması nedeniyle çok fazla tercih edilmedi.

1712 yılında yine bir İngiliz mühendis Thomas Newcomen, maden ocaklarındaki suyun tahliyesi amacıyla Newcomen makinesi olarak bilinen bir makine geliştirdi. Bu makineyi bir önceki versiyonlardan ayıran en temel özellik kaldıraç mekanizması ile birlikte kullanılmış olmasıydı; ancak verim yine bu makinede çok düşük seviyedeydi.

1764 yılında, İskoç bir mucit olan James Watt’a, onarılması için bir Newcomen makinası verilmiştir. Verimliliği düşük olan bu makineyi onaran James Watt, sonrasında makinedeki verimi yükseltmek için farklı bir çalışma yapmıştır. Bir önceki makineler aynı odanın buharla doldurulması (ısıtılması) ve soğutularak yoğuşturulması esnasında çok fazla enerji kaybı olduğunu anlayarak, çift odalı buhar makinesi geliştirmiştir. Bu değişiklik, endüstri devriminin başlangıcı sayılır ve bu dönem bugünkü tanımlamalarla Endüstri 1.0 olarak anılır.

1781 yılına kadar bir seri iyileştirmeler yapan Watt, yaptığı icatlarla buhar gücünü pistonlarla lineer harekete ve biyel koluyla da dairesel hareketlere çeviren mekanizmalar geliştirmiştir. Ayrıca, mühendisliğe yaptığı katkılarından dolayı  uluslararası güç biriminin ismi “Watt (W)” olarak belirlenmiştir.

James Watt’ın geliştirmiş olduğu makinenin veriminin %7 gibi çok düşük değerlerde olması nedeniyle, ilk etapta maden ocaklarındaki suyun tahliyesi ve tekstil fabrikalarında kullanılabilmiştir.

Termodinamik biliminin kurucusu sayılan Sadi Carnot, verimlilik üzerine bir takım çalışmalar yapmıştır. Mühendislikte Carnot çevrimi olarak bilinen ve günümüzde hala buzdolabı-klima gibi cihazların ısıtma-soğutma prensibini oluşturan çevrimi geliştirmiştir. Carnot’un verimlilik üzerine yaptığı çalışmalar sonrasında yüksek güçte buhar makinelerinin önü açılmış ve buharlı gemiler-buharlı lokomotifler ve buharlı otomobiller geliştirilerek endüstrinin logaritmik gelişmesi tetiklenmiştir.

Bu dönem toplumsal gelişmeler incelendiğinde, kas gücüyle yapılan bir çok işin makinalar aracılığıyla yapılmaya başlandığı görülmektedir. Endüstrinin gelişmesi neticesinde; yeni bir burjuva sınıfı doğmuş, işçi sınıfı popülasyonu giderek artmış, nüfus kırsal alandan kent merkezlerine kaymıştır. Sanayi devrimine ayak uyduran batı ülkeleri ile sanayi devrimini takip edemeyen doğu ülkeleri arasındaki uçurum giderek açılmıştır.

Endüstride yaşanan gelişmeler, sadece satın alma yoluyla takip edilmesi tarihin her döneminde bir çok ülkeyi yok olmaya sürüklemiştir. Bunun en çarpıcı örneği ise, buharlı makineler döneminde Osmanlı İmparatorluğunu iflas etmesine sebep olan dönemdir.

Osmanlı imparatorluğu döneminde, batıda olan buharlı makina gelişmeleri takip edilmiş ve İngiltere’den buharlı gemiler alınmaya başlamıştır. 1828 yılında Ermeni tüccarlar tarafından satın alınan ilk buharlı gemi, II. Mahmud’a hediye edilir. Sürat adı verilen gemi padişahı Marmara’da çıktığı bir gezide fırtınadan kurtarınca buhar gücü imparatorlukta birçok destekçi kazanır. Kırım savaşında(1854) İstanbul’a demir atan son teknoloji İngiliz ve Fransız savaş gemileri, herkes tarafından çok beğenilmiş ve o dönemde veliaht şehzade olan Abdülaziz’in ilgisini çekmiştir. Abdülaziz tahta çıktıktan sonra(1861) İngiltere ve Fransa’ya bu gemilerden sipariş verilmiş, Osmanlı’nın bu gemi siparişlerini finanse edecek gücü olmadığı için dış borçlar alınmış, alınan borçlar ödenemeyince 1876 yılında imparatorluk iflasını açıklamıştır.

Birinci Dünya Savaşı döneminde ise; İngiltere’ye sipariş edilen 2 savaş gemisi, tesliminden bir gün önce el konulmuştur. Buhar makineleri devrimini kaçıran Osmanlı İmparatorluğu, Çanakkale savaşında denizlerdeki hakimiyetini tamamen yitirmiş ve mavi suları son teknoloji İngiliz ve Fransız gemilere teslim etmiştir.

İlk İçten Yanmalı Motor

Dıştan yanmalı motorların gelişimine paralel süreçte içten yanmalı motor teknolojisi de gelişmiş ve özellikle otomotiv endüstrisinde yer almıştır.

İçten yanmalı motorların ilk uygulması 1796 yılında katı yakıtlardan hava gazının elde edilmesi ile olmuştur. Hava gazı ile çalışan içten yanmalı motor 1860 yılında Fransız mühendisi Jean Etıenne LENOIR tarafından yapıldı. 1,5 Beygir gücünde olan bu motorun gücünün az olması nedeni havagazının sıkıştırılmadan yakılmasıdır.

Gazların sıkıştırılarak yakıldığı zaman gücün artacağı tezini ortaya atan William BENNET adlı bir İngilizdir. Bunu geliştiren ise Dugold CLERK adlı İskoçyalı mühendistir.

Otto Motoru

1862 yılında Fransız Fen adamı Alphanse BEANDE dört zamanlı devrenin esasını ortaya koydu. Ancak dört zaman prensibine göre çalışan ilk motorun 1876 yılında Alman mühendis Dr. Nıkolaus August OTTO yaptı. Otto, bu motorun patentini 1877 de Amerika’da aldı. 1878 de Fransa’da açılan bir dünya sergisinde halka teşhir etti.

Otto, hava gazını sıkıştırdıktan sonra ateşlemeyi yaptığı için motorun verimi ve gücü artmıştı. Alevle ateşlendiği için motor devri 150-200 devir/dakika civarındaydı. Bu devirde bir motorun otomobillerde kullanılması uygun değildi.

İlk dört zamanlı motoru yapan ve ortaya koyan Otto olduğu için bugün benzin motorlarına “Otto Motoru” ve çevrimine de “Otto Çevrimi” denilmektedir.

 

4 Zamanlı Motor Çevrimi

Otto’nun personellerinden Gottieb DAIMLER 1883 yılında Otto’dan ayrılarak bir atölye kurmuş ve devam etmiştir. Yaptığı motorun yanma odasına bakır çubuk yerleştirerek, dıştan bakır çubuğu karpit lambası ile ısıtmak sureti ile motorun ateşlenmesini ısınan bakırdan temin etmişti. Bu sayede motorun devrini 800-1000 devir/dakika ya çıkarmak süreti ile verimini ve gücünü arttırmıştır. Bu motor bugün Mercedes Fabrikası Müzesi’nde teşhir edilmektedir. Bu ateşleme sistemine “sıcak boru ateşlemesi” denir. Bu devirde bir motorun otomobilde kullanılması mümkündü, ama hala yakıt olarak havagazı kullanılıyordu.

Bu çalışmalar Avrupa’da devam ederken Amerikalı bir mühendis George BRAYTON yakıt olarak benzin kullanılan bir motor yapmış ve yaptığı motorlardan birini Filedelfiya sergisinde teşhir etmiştir.

Bundan sonraki çalışmalar, hava gazının yerini tutabilmesi için benzini zerreler haline getirip, buharlaştıracak karbüratörlerin icadına doğru gitti. Daimler Almanya’da, Forrest Fransa’da 1885 yılında bu konuda çalışmalar yaptılar.

Karbüratörlerin görevi, sıvı yakıtı atomize etmek yani küçük zerreler haline getirip hava ile karıştırmak süreti ile yanabilir bir karışım haline getirmektir. Daimler bu havayı sıvı yakıt içersine itmek süreti ile yapmaya, ayrılmış zerrecikleri de ateşlemeden evvel sıcak boruya temasla gaz haline getirmeye çalıştı. Forrest ise, yakıtı filit tulumbası esasına göre hava akımı içersine püskürttü. Daha sonra, Daimler’le Wılhelm MAYBACH bir araya gelerek, bu gün kullanılan şekilde olan şamandıralı karbüratörü icad ettiler.

Karl Benz’in İlk Otomobili

Karl BENZ adlı diğer bir Alman, Daimlerin motorunu, Forrest’in karbüratörünü alıp bunları dört teker üzerine oturttu. Böylece, 1886 senesinde ilk defa, içten yanmalı (patlamalı motorların) motorların en geniş uygulama sahası olan otomobil meydana gelmiş oldu.

Amerika’da ilk otomobil 1893 yılında J.Franlın DURYEA’nın yardımıyla Charles DURYEA tarafından yapılmıştır. Henry FORD’un ilk otomobili ise 1896 yılında Detroit sokaklarında dolaşmaya başladığı görüldü. Henry FORD fabrikasını genişleterek 1903 yılında dört silindirli ve ucuz fiyatlı otomobiller yaparak bunları (T) modeli adıyla piyasaya sundu.

Yazımızın devamında, 1903 yılı sonrasında Henry Ford ile başlayan Endüstri 2.0 ve seri imalat dönemi anlatılacaktır.

Paylaş
Önceki İçerikGörme Engelliler İçin Akıllı Baston
Sonraki İçerikİlham veren sokak tasarımları: FunnyCross
Ege Üniversitesi Makina Mühendisliği bölümünde lisans, Özyeğin Üniversitesi Endüstri Mühendisliği bölümünde yüksek lisanstan mezun olmuştur. 10 yıllık iş yaşantısında satış sonrası hizmetler, ürün yönetimi, marka yönetimi ve satış gibi farklı departmanlarda çalışmıştır. Türkiye’nin önde gelen holdinglerinden birinde, kendi geliştirdiği B2B satış kanalında Satış ve İş Geliştirme Müdürü olarak çalışmaktadır. Gelecek nesil ürün ve üretim teknikleri konularını yakından takip etmekte olup, tarih ve felsefeye özel ilgi duymaktadır.