ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ
ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ನಲ್ಲಿ, ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಉಗಿ ಟರ್ಬೈನ್ಗಳಿಂದ ಹಿಡಿದು ಸಂಕೋಚಕಗಳು ಮತ್ತು ಶೈತ್ಯೀಕರಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳವರೆಗೆ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಶಕ್ತಿಯು ಹೇಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ರೂಪಾಂತರಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ಸ್ ಒಂದು ನಿರ್ಣಾಯಕ ಅಡಿಪಾಯವಾಗಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಮೀರಿ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಮಿತಿಗಳನ್ನು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸುವ ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ ಇದೆ: ಎಂಟ್ರೊಪಿ. ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಗುಣಾತ್ಮಕ "ಅಸ್ವಸ್ಥತೆ"ಯ ಬಗ್ಗೆ ಮಾತ್ರವಲ್ಲ, ತಾಂತ್ರಿಕವಾಗಿ, ಇದು ಎಂಜಿನಿಯರ್ಗಳು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತ ದಿಕ್ಕನ್ನು ನಿರ್ಣಯಿಸಲು, ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆಯನ್ನು ಅಳೆಯಲು ಮತ್ತು ನೈಜ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ ಕಳೆದುಹೋದ ಕೆಲಸವನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುವ ಪ್ರಮಾಣವಾಗಿದೆ. ಈ ಲೇಖನವು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯನ್ನು ಚರ್ಚಿಸುತ್ತದೆ, ಅದರ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನದಿಂದ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಉಪಕರಣಗಳಿಗೆ ಅದರ ಅನ್ವಯದವರೆಗೆ.
1. ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಮತ್ತು ಅದರ ಭೌತಿಕ ಅರ್ಥವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು
ಶಾಸ್ತ್ರೀಯ ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ, ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಒಂದು ಸ್ಥಿತಿ ಕಾರ್ಯವಾಗಿದ್ದು, ಅದರ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಹಿಂತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೆ ಸಂಬಂಧದಿಂದ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ:
\[
dS = \frac{\delta Q_{rev}}{T}
\]
ಇಲ್ಲಿ \(dS\) ಎಂಟ್ರೊಪಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆ, \(\delta Q_{rev}\) ಹಿಮ್ಮುಖವಾಗಿ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುವ ಶಾಖ, ಮತ್ತು \(T\) ಸಂಪೂರ್ಣ ತಾಪಮಾನ (ಕೆಲ್ವಿನ್). ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಒಂದು ಸ್ಥಿತಿ ಕಾರ್ಯವಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ಎಂಟ್ರೊಪಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಮಾರ್ಗದ ಮೇಲೆ ಅಲ್ಲ, ಆರಂಭಿಕ ಮತ್ತು ಅಂತಿಮ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳ ಮೇಲೆ ಮಾತ್ರ ಅವಲಂಬಿತವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ನಲ್ಲಿ ಇದು ಬಹಳ ಮುಖ್ಯವಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಎಂಜಿನಿಯರ್ಗಳು ಒಂದೇ ಎರಡು ಸ್ಥಿತಿಗಳ ನಡುವಿನ ಕಾಲ್ಪನಿಕ ಹಿಮ್ಮುಖ ಮಾರ್ಗಗಳನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ನೈಜ, ಹಿಂತಿರುಗಿಸಲಾಗದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ ಸಹ ಎಂಟ್ರೊಪಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ಅನುವು ಮಾಡಿಕೊಡುತ್ತದೆ.
ಎಂಟ್ರೋಪಿಯ ಭೌತಿಕ ಅರ್ಥವು ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಹೆಚ್ಚು ಸಂಖ್ಯಾಶಾಸ್ತ್ರೀಯವಾಗಿ ಸಂಭವನೀಯ ಸ್ಥಿತಿಯತ್ತ ಚಲಿಸುವ ಪ್ರವೃತ್ತಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ, ಜೊತೆಗೆ ಶಕ್ತಿಯ "ಪ್ರಸರಣ" ದ ಅಳತೆಗೂ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ. ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಅಭ್ಯಾಸದಲ್ಲಿ, ಎಂಟ್ರೋಪಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ:
1. ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತವಾಗಿ ಸಂಭವಿಸುವ ಸಾಧ್ಯತೆಯಿದೆಯೇ ಎಂದು ನಿರ್ಧರಿಸಿ.
2. ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆ ಮತ್ತು ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ನಿರ್ಣಯಿಸಿ.
3. ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಗರಿಷ್ಠ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು (ಆದರ್ಶ ಮಿತಿ) ಲೆಕ್ಕಹಾಕಿ.
2. ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಎರಡನೇ ನಿಯಮ
ಎಂಟ್ರೋಪಿಯ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮಕ್ಕೆ ನಿಕಟ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿದೆ. ಪ್ರತ್ಯೇಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ, ಎಂಟ್ರೋಪಿ ಎಂದಿಗೂ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ:
\[
\ಡೆಲ್ಟಾ S_{total} \ge 0
\]
ನಿಜವಾದ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಿಗೆ, ಒಟ್ಟು ಎಂಟ್ರೋಪಿಯು ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಮತ್ತು ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಎಂಟ್ರೋಪಿಯನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿರುತ್ತದೆ. ಒಂದು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಹೀಗಿದ್ದರೆ:
– ಹಿಂತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ, ನಂತರ \(\ಡೆಲ್ಟಾ S_{total} = 0\)
– ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ, ನಂತರ \(\ಡೆಲ್ಟಾ S_{total} > 0\)
ಇಲ್ಲಿ ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯೆಂದರೆ ಎಂಟ್ರೋಪಿ ಉತ್ಪಾದನೆ (\(S_{gen}\)), ಇದು ಘರ್ಷಣೆ, ಸೀಮಿತ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಮೇಲೆ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ, ದ್ರವ ಮಿಶ್ರಣ, ಪ್ರಕ್ಷುಬ್ಧತೆ, ಮುಕ್ತ ವಿಸ್ತರಣೆ ಮತ್ತು ಅಸಮತೋಲಿತ ರಾಸಾಯನಿಕ ಕ್ರಿಯೆಗಳಂತಹ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಶಕ್ತಿಗಳಿಂದ "ಉತ್ಪಾದಿಸಲ್ಪಟ್ಟ" ಎಂಟ್ರೋಪಿಯನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ನಿಯಂತ್ರಣ ಪರಿಮಾಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ ಎಂಟ್ರೋಪಿ ಸಮತೋಲನದ ರೂಪದಲ್ಲಿ, ಇದನ್ನು ಹೀಗೆ ಬರೆಯಬಹುದು:
\[
\frac{dS_{cv}}{dt} = \sum \dot{m}_{in}s_{in} – \sum \dot{m}_{out}s_{out} + \sum \frac{\dot{Q}}{T} + \dot{S}_{gen}
\]
\( \dot{S}_{gen} \ge 0\) ನೊಂದಿಗೆ. ಎಂಜಿನಿಯರ್ಗಳಿಗೆ, \( \dot{S}_{gen} \) ನ ಮೌಲ್ಯವು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಗುಣಮಟ್ಟದ ಸೂಚಕವಾಗಿದೆ: ಅದು ದೊಡ್ಡದಾಗಿದ್ದರೆ, ಹೆಚ್ಚಿನ ನಷ್ಟಗಳು ಸಂಭವಿಸುತ್ತವೆ.
3. ಮೂಲ ಉಷ್ಣಬಲ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಎಂಟ್ರೊಪಿ
ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯಲ್ಲಿ, ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳನ್ನು ಸುಗಮಗೊಳಿಸಲು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಆದರ್ಶೀಕರಣಗಳಾಗಿ ರೂಪಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕೆಲವು ಮೂಲಭೂತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ಮತ್ತು ಎಂಟ್ರೊಪಿಯೊಂದಿಗಿನ ಅವುಗಳ ಸಂಬಂಧವು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತಿರುತ್ತದೆ:
a. ಐಸೊಥರ್ಮಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ (ಸ್ಥಿರ ಟಿ)
ಹಿಂತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ಐಸೊಥರ್ಮಲ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ, ಎಂಟ್ರೊಪಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯು ಶಾಖದ ಇನ್ಪುಟ್/ಔಟ್ಪುಟ್ಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ:
\[
\ಡೆಲ್ಟಾ S = \frac{Q_{rev}}{T}
\]
ಈ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ಗಳ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ ಮತ್ತು ಕೆಲವು ಸಂಕೋಚನ/ವಿಸ್ತರಣೆ ಹಂತಗಳು ತುಂಬಾ ನಿಧಾನವಾಗಿರುತ್ತವೆ.
ಬಿ. ಐಸೆಂಟ್ರೊಪಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ (ಸ್ಥಿರ ಎಸ್)
ಐಸೆಂಟ್ರೋಪಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಅಡಿಯಾಬ್ಯಾಟಿಕ್ ಮತ್ತು ರಿವರ್ಸಿಬಲ್ ಎರಡೂ ಆಗಿರುವ ಆದರ್ಶೀಕೃತ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ. ಆದರ್ಶ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಲೆಕ್ಕಾಚಾರ ಮಾಡಲು ಟರ್ಬೈನ್ಗಳು, ಕಂಪ್ರೆಸರ್ಗಳು ಮತ್ತು ನಳಿಕೆಗಳಂತಹ ಅನೇಕ ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಘಟಕಗಳನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ಐಸೆಂಟ್ರೋಪಿಕ್ ಎಂದು ಭಾವಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ವಾಸ್ತವದಲ್ಲಿ, ಈ ಘಟಕಗಳಲ್ಲಿನ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಸರಿಸುಮಾರು ಅಡಿಯಾಬ್ಯಾಟಿಕ್ ಆಗಿರುತ್ತದೆ ಆದರೆ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಆದ್ದರಿಂದ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಐಸೆಂಟ್ರೋಪಿಕ್ ನಡವಳಿಕೆಯಿಂದ ವಿಚಲನಗಳನ್ನು ಐಸೆಂಟ್ರೋಪಿಕ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.
ಸಿ. ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಅಡಿಯಾಬಾಟಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ
ನಿಜವಾದ ಅಡಿಯಾಬ್ಯಾಟಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ, ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ ಇರುವುದಿಲ್ಲ (\(Q=0\)), ಆದರೆ ಆಂತರಿಕ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಕಾರಣ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಹೆಚ್ಚಾಗಬಹುದು:
\[
\ಡೆಲ್ಟಾ S = S_{gen} > 0
\]
ಘರ್ಷಣೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಕ್ಷುಬ್ಧತೆಯಿಂದ ಅನಿಲದ ಸಂಕೋಚನವು ಒಂದು ಸಾಮಾನ್ಯ ಉದಾಹರಣೆಯಾಗಿದೆ.
ಡಿ. ಐಸೊಬಾರಿಕ್ ಮತ್ತು ಐಸೊಕೊರಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು
ಸ್ಥಿರ ಒತ್ತಡ ಅಥವಾ ಸ್ಥಿರ ಪರಿಮಾಣ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಿಗೆ, ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಗುಣಲಕ್ಷಣ ದತ್ತಾಂಶ (ಉಗಿ ಕೋಷ್ಟಕಗಳು, ಆದರ್ಶ ಅನಿಲ ಕೋಷ್ಟಕಗಳು) ಅಥವಾ ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ಶಾಖ ಸಮೀಕರಣವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಂಡು ಲೆಕ್ಕಹಾಕಬಹುದು:
– ಆದರ್ಶ ಅನಿಲಗಳಿಗೆ:
\[
\ಡೆಲ್ಟಾ s = c_p \ln\ಎಡ(\frac{T_2}{T_1}\ಬಲ) – R\ln\ಎಡ(\frac{P_2}{P_1}\ಬಲ)
\]
ಅಥವಾ
\[
\ಡೆಲ್ಟಾ s = c_v \ln\ಎಡ(\frac{T_2}{T_1}\ಬಲ) + R\ln\ಎಡ(\frac{v_2}{v_1}\ಬಲ)
\]
4. ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಸಲಕರಣೆಗಳಲ್ಲಿ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯ ಅನ್ವಯ
ಎ. ಟರ್ಬೈನ್ ಮತ್ತು ಕಂಪ್ರೆಸರ್
ಆದರ್ಶ ಟರ್ಬೈನ್ನಲ್ಲಿ, ದ್ರವ ವಿಸ್ತರಣೆಯು ಐಸೆಂಟ್ರೋಪಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಲ್ಲಿ ಗರಿಷ್ಠ ಕೆಲಸವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ. ಘರ್ಷಣೆ ಮತ್ತು ಪ್ರಕ್ಷುಬ್ಧತೆಯಿಂದಾಗಿ ನೈಜ ಟರ್ಬೈನ್ಗಳು ಎಂಟ್ರೊಪಿಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಳವನ್ನು ಅನುಭವಿಸುತ್ತವೆ, ಇದರಿಂದಾಗಿ ಕಡಿಮೆ ವಾಸ್ತವಿಕ ಕೆಲಸವಾಗುತ್ತದೆ. ಟರ್ಬೈನ್ನ ಐಸೆಂಟ್ರೋಪಿಕ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ನಿಜವಾದ ಕೆಲಸದ ಅನುಪಾತ ಮತ್ತು ಐಸೆಂಟ್ರೋಪಿಕ್ ಕೆಲಸ ಎಂದು ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ಸಂಕೋಚಕದಲ್ಲಿ, ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆ ನಿಜವಾದ ಕೆಲಸದ ಅವಶ್ಯಕತೆ ಆದರ್ಶಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚಾಗಿರುತ್ತದೆ.
ಬಿ. ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕ (ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕ)
ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಯಾವುದೇ ಕೆಲಸವನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಮತ್ತು ಸ್ಥಿರ ಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ ಎಂದು ಭಾವಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಪ್ರದೇಶಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದಂತೆ ಅವು ಅಡಿಯಾಬ್ಯಾಟಿಕ್ ಎಂದು ಭಾವಿಸಲಾಗಿದ್ದರೂ, ಸೀಮಿತ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಮೇಲೆ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯಿಂದಾಗಿ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಉತ್ಪಾದನೆ ಸಂಭವಿಸುತ್ತದೆ. ಉತ್ತಮ ವಿನ್ಯಾಸವು ಸ್ಥಳೀಯ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಮತ್ತು \(S_{gen}}) ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಪ್ರಯತ್ನಿಸುತ್ತದೆ.
ಸಿ. ಥ್ರೊಟ್ಲಿಂಗ್ ವಾಲ್ವ್
ಥ್ರೊಟ್ಲಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳನ್ನು (ಉದಾ. ಶೈತ್ಯೀಕರಣ ವಿಸ್ತರಣಾ ಕವಾಟಗಳಲ್ಲಿ) ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಐಸೆಂಥಾಲ್ಪಿಕ್ (\(h\) ಸ್ಥಿರ) ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಥ್ರೊಟ್ಲಿಂಗ್ ಹೆಚ್ಚು ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ ಮತ್ತು ಸಂಭಾವ್ಯ ಕೆಲಸದ ನಷ್ಟಕ್ಕೆ ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಎಂಟ್ರೊಪಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಕೆಲವು ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳಲ್ಲಿ, ವಿಸ್ತರಣಾ ಸಾಧನವನ್ನು ಕೆಲಸವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲು ಮತ್ತು ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಎಕ್ಸ್ಪಾಂಡರ್ನಿಂದ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೂ ಹೆಚ್ಚಿದ ಸಂಕೀರ್ಣತೆಯ ವೆಚ್ಚದಲ್ಲಿ.
ಡಿ. ಶೈತ್ಯೀಕರಣ ಮತ್ತು ಶಾಖ ಪಂಪ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು
ಶೈತ್ಯೀಕರಣ ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ, ಎಂಟ್ರೊಪಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಸಂಕೋಚಕದ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ, ಸಾಂದ್ರೀಕರಣ/ಆವಿಯಾಗುವಿಕೆ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ಗುಣಮಟ್ಟ ಮತ್ತು COP (ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಗುಣಾಂಕ) ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಮೂಲಗಳನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ. \(Ts\) ರೇಖಾಚಿತ್ರವು ನಿಜವಾದ ಸಂಕೋಚನ ಮತ್ತು ಥ್ರೊಟ್ಲಿಂಗ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಎಂಟ್ರೊಪಿಯ ಹೆಚ್ಚಳವನ್ನು ದೃಶ್ಯೀಕರಿಸಲು ತುಂಬಾ ಉಪಯುಕ್ತವಾಗಿದೆ.
5. ಎಂಟ್ರೊಪಿ, ವ್ಯಾಯಾಮ ಮತ್ತು ಕೆಲಸದ ನಷ್ಟ
ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ನಲ್ಲಿ, ಎಂಟ್ರೊಪಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಾಗಿ ವ್ಯಾಯಾಮದ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯೊಂದಿಗೆ ಜೋಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ಒಂದು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಉಲ್ಲೇಖ ಪರಿಸರದೊಂದಿಗೆ ಸಂವಹನ ನಡೆಸಿದಾಗ ಉಪಯುಕ್ತ ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಬಹುದಾದ ಗರಿಷ್ಠ ಶಕ್ತಿಯ ಅಳತೆಯಾಗಿದೆ. ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಕಾರಣದಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಕೆಲಸದ ನಷ್ಟವು ಈ ಮೂಲಕ ಎಂಟ್ರೊಪಿಯ ಉತ್ಪಾದನೆಗೆ ನೇರವಾಗಿ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ:
\[
\ಡಾಟ್{W}_{ಕಳೆದುಹೋದ} = T_0 \ಡಾಟ್{S}_{ಜನ್}
\]
ಇಲ್ಲಿ \(T_0\) ಎಂಬುದು ಸುತ್ತುವರಿದ ತಾಪಮಾನವಾಗಿದೆ. ಈ ಸಂಬಂಧವು ತುಂಬಾ ಪ್ರಬಲವಾಗಿದೆ: ಯಾವುದೇ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವುದು "ಕೆಲಸದ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದ" ನಷ್ಟವನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಕೈಗಾರಿಕಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಆಪ್ಟಿಮೈಸೇಶನ್ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ದೊಡ್ಡ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳೊಂದಿಗೆ ಕಂಪ್ರೆಸರ್ಗಳು, ದಹನಕಾರಿಗಳು ಅಥವಾ ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕಗಳಂತಹ ಪ್ರಬಲ ಘಟಕಗಳಲ್ಲಿ \( \ಡಾಟ್{S}_{gen} \) ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದರ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತದೆ.
6. ವಿಶ್ಲೇಷಣಾ ಸಾಧನವಾಗಿ Ts ರೇಖಾಚಿತ್ರ
ತಾಪಮಾನ-ಎಂಟ್ರೊಪಿ (\(Ts\)) ರೇಖಾಚಿತ್ರವು ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ದೃಶ್ಯ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ. \(Ts\) ರೇಖಾಚಿತ್ರದಲ್ಲಿ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ವಕ್ರರೇಖೆಯ ಅಡಿಯಲ್ಲಿರುವ ಪ್ರದೇಶವು ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯನ್ನು ಪ್ರತಿನಿಧಿಸುತ್ತದೆ \(Q_{rev}\). ಈ ರೇಖಾಚಿತ್ರವು ಎಂಜಿನಿಯರ್ಗಳು ನೋಡಲು ಸುಲಭಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ:
– ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ಬಹುತೇಕ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ಪ್ರವೃತ್ತಿಯನ್ನು ಹೊಂದಿದೆಯೇ (ವಕ್ರರೇಖೆಯು "ಅಚ್ಚುಕಟ್ಟಾಗಿರುತ್ತದೆ" ಮತ್ತು ಎಂಟ್ರೊಪಿಯಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುವುದಿಲ್ಲ).
- ಸಂಕೋಚನ, ವಿಸ್ತರಣೆ ಮತ್ತು ಶಾಖ ಸೇರ್ಪಡೆ/ತೆಗೆದುಹಾಕುವಿಕೆಯಲ್ಲಿ ಎಷ್ಟು ಅಪರಿವರ್ತನೀಯತೆ ಇದೆ.
- ಆದರ್ಶ ಚಕ್ರ ಮತ್ತು ನೈಜ ಚಕ್ರದ ಹೋಲಿಕೆ.
7. ಕೆಸಿಂಪುಲನ್
ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಥರ್ಮೋಡೈನಾಮಿಕ್ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳಲ್ಲಿ ಎಂಟ್ರೋಪಿ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯು ಶಕ್ತಿ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳಲು ಮತ್ತು ಸುಧಾರಿಸಲು ಒಂದು ಮೂಲಭೂತ ವಿಧಾನವಾಗಿದೆ. ಎಂಟ್ರೋಪಿ ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮವನ್ನು ಕ್ಷೇತ್ರದ ವಾಸ್ತವಗಳಿಗೆ ಸಂಪರ್ಕಿಸಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ: ಯಾವುದೇ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯು ನಿಜವಾಗಿಯೂ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಲಾಗುವುದಿಲ್ಲ, ಮತ್ತು ಪ್ರತಿ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆ ಎಂಟ್ರೋಪಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಸಂಭಾವ್ಯ ಕೆಲಸವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಎಂಟ್ರೋಪಿ ಸಮತೋಲನಗಳ ಮೂಲಕ, ಎಂಜಿನಿಯರ್ಗಳು ನಷ್ಟಗಳ ಮೂಲಗಳನ್ನು ಗುರುತಿಸಬಹುದು, ದ್ರವ ಯಂತ್ರಗಳ ಐಸೆಂಟ್ರೋಪಿಕ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಮೌಲ್ಯಮಾಪನ ಮಾಡಬಹುದು, ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕ ವಿನ್ಯಾಸಗಳ ಗುಣಮಟ್ಟವನ್ನು ನಿರ್ಣಯಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಎಂಟ್ರೋಪಿ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ವ್ಯಾಯಾಮ ನಷ್ಟಗಳಿಗೆ ಸಂಬಂಧಿಸಬಹುದು. ಅಂತಿಮವಾಗಿ, ಎಂಟ್ರೋಪಿಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯನ್ನು ಕರಗತ ಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವುದು ಕೇವಲ ಶೈಕ್ಷಣಿಕ ಅವಶ್ಯಕತೆಯಲ್ಲ ಆದರೆ ಆಧುನಿಕ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ, ಶಕ್ತಿ-ಸಮರ್ಥ ಮತ್ತು ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹ ಉಷ್ಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲು ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಸಾಧನವಾಗಿದೆ.
