ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮವನ್ನು ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ಗಳಿಗೆ ಅನ್ವಯಿಸುವುದು.
ತಂತ್ರಜ್ಞಾನದ ಇತಿಹಾಸದಲ್ಲಿ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಅತ್ಯಂತ ಪ್ರಮುಖ ಆವಿಷ್ಕಾರಗಳಲ್ಲಿ ಒಂದಾಗಿದೆ ಏಕೆಂದರೆ ಇದು ಮಾನವರಿಗೆ ಉಷ್ಣ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಉಪಯುಕ್ತ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಅವಕಾಶ ಮಾಡಿಕೊಟ್ಟಿತು. ಕೈಗಾರಿಕಾ ಕ್ರಾಂತಿಯ ಉಗಿ ಎಂಜಿನ್ಗಳಿಂದ ಹಿಡಿದು ಆಧುನಿಕ ವಾಹನಗಳಲ್ಲಿನ ಅನಿಲ ಟರ್ಬೈನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್ಗಳವರೆಗೆ, ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ನ ಮೂಲ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯು ಒಂದೇ ಆಗಿರುತ್ತದೆ: ಶಾಖದ ಮೂಲ, ಶಾಖ ಸಿಂಕ್ ಮತ್ತು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಕೆಲಸ. ಆದರೆ ಎಲ್ಲಾ ಶಾಖವನ್ನು 100% ಸಮಯ ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಬಹುದೇ? ಯಾವಾಗಲೂ ಅನಿವಾರ್ಯ "ನಷ್ಟಗಳು" ಏಕೆ ಇರುತ್ತವೆ? ಉತ್ತರವು ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮದಲ್ಲಿದೆ. ಈ ನಿಯಮವು ಕೇವಲ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ನಿಯಮವಲ್ಲ, ಆದರೆ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಎಷ್ಟು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ಅದನ್ನು ಹೇಗೆ ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಬೇಕು ಎಂಬುದನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುವ ಮೂಲಭೂತ ಮಿತಿಯಾಗಿದೆ.
ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ಗಳ ಅವಲೋಕನ
ಸರಳವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಎಂದರೆ ಒಳಬರುವ ಶಾಖ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಚಕ್ರದಂತೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಾಗಿದೆ. ಒಂದು ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ, ಎಂಜಿನ್ ಬಿಸಿ ಜಲಾಶಯದಿಂದ (ಉದಾ. ಇಂಧನ ದಹನ ಅಥವಾ ಪರಮಾಣು ರಿಯಾಕ್ಟರ್) ಶಾಖವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಕೆಲಸವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ (ಉದಾ. ಶಾಫ್ಟ್ ಅನ್ನು ತಿರುಗಿಸುವುದು), ಮತ್ತು ನಂತರ ಉಳಿದ ಶಾಖವನ್ನು ತಣ್ಣನೆಯ ಜಲಾಶಯಕ್ಕೆ (ಉದಾ. ಹೊರಗಿನ ಗಾಳಿ ಅಥವಾ ತಂಪಾಗಿಸುವ ನೀರು) ತಿರಸ್ಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಈ ಮೂರು ಅಂಶಗಳು - ಬಿಸಿ ಜಲಾಶಯ, ಎಂಜಿನ್ ಮತ್ತು ತಣ್ಣನೆಯ ಜಲಾಶಯ - ಯಾವಾಗಲೂ ನಿಜವಾದ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ನಲ್ಲಿ ಇರುತ್ತವೆ.
ನಾವು ಸಾಮಾನ್ಯ ಸಂಕೇತಗಳನ್ನು ಬಳಸಿದರೆ:
- ಯಂತ್ರವು Qₕ (ಶಾಖದ ಇನ್ಪುಟ್) ವರೆಗಿನ ಶಾಖದ ಮೂಲದಿಂದ ಶಾಖವನ್ನು ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.
– ಯಂತ್ರವು W ನ ಕೆಲಸ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
– ಯಂತ್ರವು Q𝑐 ಪ್ರಮಾಣದಲ್ಲಿ ಪರಿಸರ ಅಥವಾ ಶೀತ ಮೂಲಕ್ಕೆ ಶಾಖವನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.
ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಮೊದಲ ನಿಯಮ (ಶಕ್ತಿ ಸಂರಕ್ಷಣೆ) ಪ್ರಕಾರ, ಈ ಕೆಳಗಿನವುಗಳು ಅನ್ವಯಿಸುತ್ತವೆ:
Qₕ = W + Q𝑐
ಇದರರ್ಥ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಕೆಲಸವು ಶಾಖದ ಇನ್ಪುಟ್ ಮತ್ತು ಕಳೆದುಹೋದ ಶಾಖದ ನಡುವಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವಾಗಿದೆ. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಮೊದಲ ನಿಯಮವು Q𝑐 ಏಕೆ ಶೂನ್ಯವಾಗಿರಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ ಎಂಬುದನ್ನು ವಿವರಿಸುವುದಿಲ್ಲ. ಇಲ್ಲಿ ಎರಡನೇ ನಿಯಮವು ನಿರ್ಣಾಯಕ ಪಾತ್ರ ವಹಿಸುತ್ತದೆ.
ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮದ ಹೇಳಿಕೆ
ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮವನ್ನು ಹಲವಾರು ಸಮಾನ ರೂಪಗಳಲ್ಲಿ ಹೇಳಬಹುದು, ಆದರೆ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಪ್ರಸ್ತುತವಾದ ಎರಡು ಹೇಳಿಕೆಗಳು:
1. ಕೆಲ್ವಿನ್–ಪ್ಲ್ಯಾಂಕ್ ಹೇಳಿಕೆ:
ಒಂದು ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ ಕೆಲಸ ಮಾಡುವ ಮತ್ತು ಒಂದು ಜಲಾಶಯದಿಂದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟ ಎಲ್ಲಾ ಶಾಖವನ್ನು ಮತ್ತೊಂದು ಜಲಾಶಯಕ್ಕೆ ಶಾಖವನ್ನು ತಿರಸ್ಕರಿಸದೆ ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಅನ್ನು ನಿರ್ಮಿಸುವುದು ಅಸಾಧ್ಯ.
ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ 100% ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವುದು ಅಸಾಧ್ಯ.
2. ಕ್ಲಾಸಿಯಸ್ ಹೇಳಿಕೆ:
ಬಾಹ್ಯ ಕೆಲಸವಿಲ್ಲದೆ ಶಾಖವು ತಣ್ಣನೆಯ ವಸ್ತುವಿನಿಂದ ಬಿಸಿಯಾದ ವಸ್ತುವಿಗೆ ವರ್ಗಾವಣೆಯಾಗುವುದು ಅಸಾಧ್ಯ.
ರೆಫ್ರಿಜರೇಟರ್ಗಳು/AC ಗಳಿಗೆ ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿ ಏಕೆ ಬೇಕು ಎಂಬುದನ್ನು ಇದು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ: ಶಾಖವನ್ನು ಅದರ ನೈಸರ್ಗಿಕ ದಿಕ್ಕಿನ ವಿರುದ್ಧ ಚಲಿಸುವಂತೆ "ಬಲವಂತಪಡಿಸಲು".
ಎರಡೂ ಹೇಳಿಕೆಗಳು ವಾಸ್ತವವಾಗಿ ಒಂದು ತತ್ವವನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತವೆ: ನೈಸರ್ಗಿಕ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು ದಿಕ್ಕನ್ನು ಹೊಂದಿವೆ (ಹಿಂತಿರುಗಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆ), ಮತ್ತು ಶಾಖ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಉಪಯುಕ್ತ ಶಕ್ತಿಯಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದಕ್ಕೆ ಮೂಲಭೂತ ಮಿತಿಗಳಿವೆ.
ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಮತ್ತು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆ ನಿರ್ದೇಶನ
ಎರಡನೇ ನಿಯಮದಿಂದ ಹೊರಹೊಮ್ಮುವ ಪ್ರಮುಖ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಯೆಂದರೆ ಎಂಟ್ರೊಪಿ (S), ಈ ಪ್ರಮಾಣವನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಶಕ್ತಿಯ ವಿತರಣೆ ಅಥವಾ ಅಸ್ವಸ್ಥತೆಯ ಮಟ್ಟದ ಅಳತೆ ಎಂದು ಅರ್ಥೈಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ಆದಾಗ್ಯೂ ಅದರ ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನವು ಹೆಚ್ಚು ಔಪಚಾರಿಕವಾಗಿದೆ. ಹಿಂತಿರುಗಿಸಬಹುದಾದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗೆ, ಎಂಟ್ರೊಪಿಯಲ್ಲಿನ ಬದಲಾವಣೆಯನ್ನು ಹೀಗೆ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆ:
ಡಿಎಸ್ = δಕ್ಯೂ_ರೆವ್ / ಟಿ
ಎರಡನೇ ನಿಯಮವು ಪ್ರತ್ಯೇಕ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಲ್ಲಿ ಒಟ್ಟು ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಎಂದಿಗೂ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ ಎಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ:
ΔS_ಮೊತ್ತ ≥ 0
ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ನ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, ಶಾಖವು ಬಿಸಿ ಮೂಲದಿಂದ ಶೀತ ಮೂಲಕ್ಕೆ ಹರಿಯುವಾಗ, ಒಟ್ಟು ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಎಂಜಿನ್ ಕೆಲಸವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು, ಅದು ಶಾಖ ಶಕ್ತಿಯ ಈ "ಹರಿವು" ಯನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಒಟ್ಟು ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗಬಾರದು ಎಂಬ ಅವಶ್ಯಕತೆಯನ್ನು ಅದು ಇನ್ನೂ ಅನುಸರಿಸಬೇಕು. ಪರಿಣಾಮವಾಗಿ, ಕೆಲವು ಶಾಖವನ್ನು ಯಾವಾಗಲೂ ಶೀತ ಜಲಾಶಯಕ್ಕೆ ತಿರಸ್ಕರಿಸಬೇಕು. ಈ ನಿರಾಕರಣೆ ಕೇವಲ ತಾಂತ್ರಿಕ ನಷ್ಟವಲ್ಲ, ಆದರೆ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಅವಶ್ಯಕತೆಯನ್ನು ಪೂರೈಸಲು ಮೂಲಭೂತ ಅವಶ್ಯಕತೆಯಾಗಿದೆ.
ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ದಕ್ಷತೆ ಮತ್ತು ಕಾರ್ನೋಟ್ ಮಿತಿ
ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ನ ಉಷ್ಣ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಕೆಲಸದ ಅನುಪಾತವು ಶಾಖ ಮೂಲದಿಂದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಾಖಕ್ಕೆ ಈ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ವ್ಯಾಖ್ಯಾನಿಸಲಾಗಿದೆ:
η = W / Qₕ = (Qₕ - Q𝑐) / Qₕ = 1 - (Q𝑐 / Qₕ)
ಎರಡನೇ ನಿಯಮವು η ನ ಗರಿಷ್ಠ ಮೌಲ್ಯವನ್ನು ಮಿತಿಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ. ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ಅತ್ಯಂತ ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ಆಗಿದೆ, ಇದು ಕೆಲ್ವಿನ್ನಲ್ಲಿ Tₕ (ಬಿಸಿ) ಮತ್ತು T𝑐 (ಶೀತ) ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಎರಡು ಜಲಾಶಯಗಳ ನಡುವೆ ಹಿಮ್ಮುಖವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವ ಆದರ್ಶ ಎಂಜಿನ್ ಆಗಿದೆ. ಗರಿಷ್ಠ ಕಾರ್ನೋಟ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಇವರಿಂದ ನೀಡಲಾಗುತ್ತದೆ:
η_ಕಾರ್ನೋಟ್ = 1 - (T𝑐 / Tₕ)
ಈ ಸೂತ್ರವು ಎರಡು ಪ್ರಮುಖ ವಿಷಯಗಳನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ:
1. ಗರಿಷ್ಠ ದಕ್ಷತೆಯು ಜಲಾಶಯದ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಮಾತ್ರ ಅವಲಂಬಿಸಿರುತ್ತದೆ, ಕೆಲಸ ಮಾಡುವ ದ್ರವದ ಪ್ರಕಾರ ಅಥವಾ ಎಂಜಿನ್ ವಿನ್ಯಾಸದ ವಿವರಗಳ ಮೇಲೆ ಅಲ್ಲ.
2. ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು, ನಾವು Tₕ ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬೇಕು ಅಥವಾ T❑� ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬೇಕು. ಆದಾಗ್ಯೂ, ಎರಡೂ ವಸ್ತುಗಳು, ಸುರಕ್ಷತೆ, ವೆಚ್ಚ ಮತ್ತು ಪರಿಸರ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿವೆ.
ಉದಾಹರಣೆ: Tₕ = 900 K ಮತ್ತು T𝑐 = 300 K ಆಗಿದ್ದರೆ, ಆಗ:
η_Carnot = 1 - 300/900 = 1 - 1/3 = 0,667 (66,7%)
ಇದು ಆದರ್ಶ ಮಿತಿ. ಘರ್ಷಣೆ, ಶಾಖ ನಷ್ಟ, ಅಪೂರ್ಣ ದಹನ ಮತ್ತು ಇತರ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಅಂಶಗಳಿಂದಾಗಿ ನಿಜವಾದ ಎಂಜಿನ್ಗಳು ಕಡಿಮೆ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ.
ನೈಜ ಯಂತ್ರಗಳಲ್ಲಿ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆ
ನಿಜವಾದ ಎಂಜಿನ್ಗಳು ಕಾರ್ನೋಟ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಎಂದಿಗೂ ಸಾಧಿಸುವುದಿಲ್ಲ ಎಂಬುದನ್ನು ಎರಡನೇ ನಿಯಮವು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಕಾರಣವೆಂದರೆ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆ, ಇದು ಎಂಟ್ರೊಪಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ. ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ಗಳಲ್ಲಿ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆಯ ಕೆಲವು ಮೂಲಗಳು ಇವುಗಳನ್ನು ಒಳಗೊಂಡಿವೆ:
- ಶಾಫ್ಟ್ಗಳು, ಬೇರಿಂಗ್ಗಳು ಮತ್ತು ಚಲಿಸುವ ಘಟಕಗಳ ಮೇಲೆ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಘರ್ಷಣೆ.
- ದೊಡ್ಡ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸದ ಮೂಲಕ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ, ಉದಾಹರಣೆಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಬಿಸಿಯಾದ ದಹನ ಕೊಠಡಿಯಿಂದ ಕೆಲಸ ಮಾಡುವ ದ್ರವಕ್ಕೆ ಶಾಖ; ಈ ರೀತಿಯ ವರ್ಗಾವಣೆಯು ಆದರ್ಶ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಂಟ್ರೊಪಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತದೆ.
- ಕೊಳವೆಗಳು, ಕವಾಟಗಳು ಮತ್ತು ಟರ್ಬೈನ್ಗಳಲ್ಲಿ ದ್ರವದ ಹರಿವಿನಲ್ಲಿ ಪ್ರಕ್ಷುಬ್ಧತೆ ಮತ್ತು ಒತ್ತಡ ನಷ್ಟ.
- ಅನಿಲ ಮತ್ತು ಗಾಳಿ ಅಥವಾ ದಹನ ಉತ್ಪನ್ನಗಳ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಮಿಶ್ರಣ.
- ದಹನವು ಸ್ವತಃ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯಾಗಿದೆ.
ಇವೆಲ್ಲವೂ ಒಟ್ಟು ಎಂಟ್ರೊಪಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಕೆಲಸವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು "ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳುತ್ತವೆ", ಆದ್ದರಿಂದ ದಕ್ಷತೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.
ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್ಗಳು ಮತ್ತು ಉಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳಲ್ಲಿ ಅಪ್ಲಿಕೇಶನ್
ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್ಗಳಲ್ಲಿ (ಗ್ಯಾಸೋಲಿನ್ ಮತ್ತು ಡೀಸೆಲ್ ಎಂಜಿನ್ಗಳಂತಹವು), ಶಾಖದ ಮೂಲವು ಸಿಲಿಂಡರ್ನೊಳಗಿನ ದಹನ ಕ್ರಿಯೆಯಿಂದ ಬರುತ್ತದೆ. ದಹನದ ಸಮಯದಲ್ಲಿ ಎಂಜಿನ್ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಶಾಖವನ್ನು (ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿ) ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುತ್ತದೆ, ನಂತರ ನಿಷ್ಕಾಸ ಅನಿಲಗಳು ಮತ್ತು ತಂಪಾಗಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ (ರೇಡಿಯೇಟರ್) ಮೂಲಕ ಶಾಖವನ್ನು ತಿರಸ್ಕರಿಸುತ್ತದೆ. ಎರಡನೇ ನಿಯಮವು ವಾಹನ ಎಂಜಿನ್ಗಳು ನಿರಂತರವಾಗಿ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ತ್ಯಾಜ್ಯ ಶಾಖವನ್ನು ಏಕೆ ಉತ್ಪಾದಿಸುತ್ತವೆ ಎಂಬುದನ್ನು ವಿವರಿಸುತ್ತದೆ: ಇಂಧನದ ಎಲ್ಲಾ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಶಾಫ್ಟ್ ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದು ಅಸಾಧ್ಯ.
ಉಗಿ-ಚಾಲಿತ ಸ್ಥಾವರದಲ್ಲಿ (PLTU), ನೀರನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿನ ಒತ್ತಡದ ಉಗಿಯಾಗಿ ಬಿಸಿ ಮಾಡಿ ಟರ್ಬೈನ್ ಅನ್ನು ತಿರುಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಟರ್ಬೈನ್ ಮೂಲಕ ಹಾದುಹೋದ ನಂತರ, ಉಗಿಯನ್ನು ಕಂಡೆನ್ಸರ್ನಲ್ಲಿ ತಂಪಾಗಿಸಿ ನೀರಿಗೆ ಹಿಂತಿರುಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಮತ್ತೆ ಪಂಪ್ ಮಾಡಬಹುದು. ಈ ಕಂಡೆನ್ಸರ್ ಶೀತ ಜಲಾಶಯವಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ. ಅನೇಕ ಜನರು ಕಂಡೆನ್ಸರ್ ಅನ್ನು "ಶಕ್ತಿಯ ವ್ಯರ್ಥ" ಎಂದು ಪರಿಗಣಿಸುತ್ತಾರೆ, ಆದರೆ ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಪ್ರಕಾರ, ಚಕ್ರವು ಮುಂದುವರಿಯಲು ಮತ್ತು ಒಟ್ಟು ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಎರಡನೇ ನಿಯಮವನ್ನು ಉಲ್ಲಂಘಿಸದಿರಲು ಶಾಖದ ಹರಡುವಿಕೆ ಅವಶ್ಯಕತೆಯಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, PLTU ಗಳನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ತಂಪಾಗಿಸಲು ದೊಡ್ಡ ನೀರಿನ ಮೂಲಗಳ ಬಳಿ ನಿರ್ಮಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಅಥವಾ ತಂಪಾಗಿಸುವ ಗೋಪುರಗಳನ್ನು ಬಳಸುತ್ತಾರೆ.
ಎರಡನೇ ನಿಯಮದ ಆಧಾರದ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆ ಸುಧಾರಣಾ ತಂತ್ರಗಳು
ಎರಡನೇ ನಿಯಮವು ಮಿತಿಗಳನ್ನು ವಿಧಿಸುವುದರಿಂದ, ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ಗಳ ಸುಧಾರಣೆಗಳು ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯಾಪ್ತಿಯನ್ನು ವಿಸ್ತರಿಸುವುದರ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತವೆ. ಕೆಲವು ಸಾಮಾನ್ಯ ತಂತ್ರಗಳು ಸೇರಿವೆ:
– ಟರ್ಬೈನ್ ಒಳಹರಿವಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ರ್ಯಾಂಕೈನ್ ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ (PLTU) ಸೂಪರ್ ಹೀಟಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಮರು ಬಿಸಿ ಮಾಡುವುದು.
- ಬಾಯ್ಲರ್ನ ಶಾಖದ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು, ಫೀಡ್ ನೀರನ್ನು ಬಿಸಿಮಾಡಲು ತ್ಯಾಜ್ಯ ಶಾಖವನ್ನು ಬಳಸಿಕೊಳ್ಳಲು ಪುನರುತ್ಪಾದನೆ (ಫೀಡ್ ವಾಟರ್ ಹೀಟರ್).
– ಸಂಯೋಜಿತ ಚಕ್ರ (ಸಂಯೋಜಿತ ಅನಿಲ-ಉಗಿ ಚಕ್ರ), ಇದರಲ್ಲಿ ಅನಿಲ ಟರ್ಬೈನ್ನಿಂದ ಹೊರಸೂಸುವ ಶಾಖವನ್ನು ಉಗಿ ಟರ್ಬೈನ್ ಅನ್ನು ಚಾಲನೆ ಮಾಡುವ ಉಗಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಇದು ಶಾಖ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಅದರ ಹೆಚ್ಚಿನ ದಕ್ಷತೆಯ ಮಿತಿಗಳಿಗೆ ಹತ್ತಿರ ತರುತ್ತದೆ.
– ಸುಧಾರಿತ ವಸ್ತುಗಳು ಇದರಿಂದ ಘಟಕಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಹಾನಿಯಾಗದಂತೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬಹುದು, ಇದರಿಂದಾಗಿ Tₕ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.
- ಟರ್ಬೈನ್ ವಾಯುಬಲವೈಜ್ಞಾನಿಕ ವಿನ್ಯಾಸ, ಉತ್ತಮ ನಯಗೊಳಿಸುವಿಕೆ ಮತ್ತು ದ್ರವ ಮಾರ್ಗದ ಅತ್ಯುತ್ತಮೀಕರಣದ ಮೂಲಕ ಘರ್ಷಣೆ ಮತ್ತು ಹರಿವಿನ ನಷ್ಟವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಿ.
ಈ ಎಲ್ಲಾ ಪ್ರಯತ್ನಗಳು ಮೂಲಭೂತವಾಗಿ ಎರಡನೇ ನಿಯಮದ ಪ್ರಾಯೋಗಿಕ ಅನ್ವಯಿಕೆಗಳಾಗಿವೆ: ಎಂಟ್ರೊಪಿಯನ್ನು ನಿರ್ವಹಿಸುವುದು ಮತ್ತು ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ನಿಗ್ರಹಿಸುವುದು ಇದರಿಂದ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶಾಖ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಬಹುದು.
ತೀರ್ಮಾನ
ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮವನ್ನು ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ಗಳಿಗೆ ಅನ್ವಯಿಸುವುದರಿಂದ ಯಾವುದೇ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನವು ಮೀರಲು ಸಾಧ್ಯವಾಗದ ಮೂಲಭೂತ ಮಿತಿಯನ್ನು ಬಹಿರಂಗಪಡಿಸುತ್ತದೆ: ಯಾವುದೇ ಎಂಜಿನ್ ಒಂದೇ ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ ಎಲ್ಲಾ ಶಾಖವನ್ನು ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ. ಶೀತ ಜಲಾಶಯಗಳು ಮತ್ತು ಶಾಖ ಸಿಂಕ್ಗಳ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯು ಕೇವಲ ವಿನ್ಯಾಸ ದೋಷವಲ್ಲ, ಆದರೆ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಯ ನೈಸರ್ಗಿಕ ದಿಕ್ಕಿನ ನೇರ ಪರಿಣಾಮ ಮತ್ತು ಎಂಟ್ರೊಪಿಯ ಹೆಚ್ಚಳ. ದಕ್ಷತೆ, ಕಾರ್ನೋಟ್ ಮಿತಿ ಮತ್ತು ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆಯ ಪರಿಕಲ್ಪನೆಗಳ ಮೂಲಕ, ಎರಡನೇ ನಿಯಮವು ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್ಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಲು ಪ್ರಾಥಮಿಕ ಮಾರ್ಗದರ್ಶಿಯನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ - ಆಟೋಮೋಟಿವ್ ಎಂಜಿನ್ಗಳಿಂದ ದೊಡ್ಡ ಪ್ರಮಾಣದ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳವರೆಗೆ. ಎರಡನೇ ನಿಯಮವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವ ಮೂಲಕ, "ದಕ್ಷತೆ ಏಕೆ ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ" ಎಂದು ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿರುವುದಲ್ಲದೆ, ಪ್ರಕೃತಿಯಿಂದ ಅನುಮತಿಸಲಾದ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಗೆ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ಗಳನ್ನು ಹತ್ತಿರ ತರಲು "ಎಲ್ಲಿ ಸುಧಾರಿಸಬೇಕು" ಎಂದೂ ನಮಗೆ ತಿಳಿದಿದೆ.
