ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಣಾಮ

ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಣಾಮ

ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಎಂದರೆ ಉಷ್ಣ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಯಾಂತ್ರಿಕ ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ಸಾಧನ. ಉದಾಹರಣೆಗಳಲ್ಲಿ ಹಲವಾರು ಇವೆ: ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳಲ್ಲಿನ ಉಗಿ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳು, ವಾಹನಗಳಲ್ಲಿನ ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳು, ವಿಮಾನಗಳಲ್ಲಿನ ಅನಿಲ ಟರ್ಬೈನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಆಧುನಿಕ ಥರ್ಮೋಡೈನಮಿಕ್ ಚಕ್ರ ಆಧಾರಿತ ವಿದ್ಯುತ್ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು. ಅವುಗಳ ವೈವಿಧ್ಯತೆಯ ಹೊರತಾಗಿಯೂ, ಎಲ್ಲಾ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳು ಒಂದೇ ತತ್ವದ ಮೇಲೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತವೆ: ಅವು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಮೂಲದಿಂದ ಶಾಖವನ್ನು ಹೊರತೆಗೆಯುತ್ತವೆ, ಅದರಲ್ಲಿ ಕೆಲವನ್ನು ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಉಳಿದ ಶಾಖವನ್ನು ಕಡಿಮೆ-ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಸರಕ್ಕೆ ತಿರಸ್ಕರಿಸುತ್ತವೆ. ಈ ಶಾಖದ ಎಷ್ಟು ಭಾಗವನ್ನು ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುವ ಪ್ರಮುಖ ಅಂಶವೆಂದರೆ ತಾಪಮಾನ. ಉಷ್ಣಬಲ ಸಿದ್ಧಾಂತ ಮತ್ತು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಅಭ್ಯಾಸದ ದೃಷ್ಟಿಕೋನದಿಂದ ತಾಪಮಾನವು ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೇಲೆ ಹೇಗೆ ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತದೆ ಎಂಬುದನ್ನು ಈ ಲೇಖನವು ಪರಿಶೀಲಿಸುತ್ತದೆ.

ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ದಕ್ಷತೆಯ ಮೂಲ ಪರಿಕಲ್ಪನೆ

ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಎಂಜಿನ್‌ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ನಿವ್ವಳ ಕೆಲಸದ ಅನುಪಾತವು ಶಾಖ ಮೂಲದಿಂದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಾಖಕ್ಕೆ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ:

\[
\eta = \frac{W}{Q_{in}} = 1 – \frac{Q_{out}}{Q_{in}}
\]

ಇದರೊಂದಿಗೆ:
– \( \eta \) = ಉಷ್ಣ ದಕ್ಷತೆ,
– \( W \) = ಉತ್ಪಾದಿಸಿದ ನಿವ್ವಳ ಕೆಲಸ,
– \( Q_{in} \) = ಶಾಖದ ಒಳಹರಿವು (ಬಿಸಿ ಜಲಾಶಯದಿಂದ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳಲ್ಪಟ್ಟಿದೆ),
– \( Q_{out} \) = ತಿರಸ್ಕರಿಸಿದ ಶಾಖ (ಶೀತ ಜಲಾಶಯಕ್ಕೆ).

ಈ ಸಮೀಕರಣದಿಂದ, ತಿರಸ್ಕರಿಸಿದ ಶಾಖದ ಭಾಗವು ಪ್ರವೇಶಿಸಿದ ಶಾಖಕ್ಕಿಂತ (ಪ್ರಸ್ತುತ) ಕಡಿಮೆಯಿದ್ದರೆ ದಕ್ಷತೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಕಾಣಬಹುದು. ಇಲ್ಲಿಯೇ ತಾಪಮಾನವು ಬಹಳ ಮುಖ್ಯವಾದ ಪಾತ್ರವನ್ನು ವಹಿಸುತ್ತದೆ, ಏಕೆಂದರೆ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯ "ಪ್ರವೃತ್ತಿ"ಯ ದಿಕ್ಕು ಮತ್ತು ಶಾಖ ಪರಿವರ್ತನೆಯ ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕ ಮಿತಿಯನ್ನು ಕೆಲಸವಾಗಿ ಶಾಖ ಮೂಲ ಮತ್ತು ಶಾಖ ಸಿಂಕ್ ನಡುವಿನ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ಗರಿಷ್ಠ ದಕ್ಷತೆ: ಕಾರ್ನೋಟ್ ಮಿತಿ ಮತ್ತು ತಾಪಮಾನದ ಪಾತ್ರ

ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದಲ್ಲಿ, ಒಂದು ನಿರ್ದಿಷ್ಟ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಎರಡು ಜಲಾಶಯಗಳಿಗೆ ಗರಿಷ್ಠ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುವ ಆದರ್ಶ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ಅನ್ನು ಕಾರ್ನೋಟ್ ಎಂಜಿನ್ ಎಂದು ಕರೆಯಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕಾರ್ನೋಟ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಈ ಕೆಳಗಿನಂತೆ ರೂಪಿಸಲಾಗಿದೆ:

\[
\eta_{ಕಾರ್ನೋಟ್} = 1 – \frac{T_c}{T_h}
\]

ಇದರೊಂದಿಗೆ:
– \(T_h\) = ಬಿಸಿ ಜಲಾಶಯದ ತಾಪಮಾನ (ಕೆಲ್ವಿನ್‌ನಲ್ಲಿ),
– \(T_c\) = ಶೀತ ಜಲಾಶಯದ ತಾಪಮಾನ (ಕೆಲ್ವಿನ್‌ನಲ್ಲಿ).

ಈ ಸೂತ್ರವು ಒಂದು ಪ್ರಮುಖ ಪಾಠವನ್ನು ಒದಗಿಸುತ್ತದೆ: ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ತಾಪಮಾನ ಅನುಪಾತದಿಂದ ನಿರ್ಧರಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ, ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸದಿಂದಲ್ಲ. ಕಾರ್ನೋಟ್ ಪ್ರಕಾರ ಗರಿಷ್ಠ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಎರಡು ಪ್ರಮುಖ ಮಾರ್ಗಗಳಿವೆ:

1. ಶಾಖ ಮೂಲದ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಿ \(T_h\)
\(T_c\) ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದಾಗ \(T_h\) ಹೆಚ್ಚಾದರೆ, \(T_c/T_h\) ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದರಿಂದ ದಕ್ಷತೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

2. ಶೀತ ಜಲಾಶಯದ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು \(T_c\)
\(T_c\) ಕಡಿಮೆಯಾಗಿ \(T_h\) ಸ್ಥಿರವಾಗಿದ್ದರೆ, \(T_c/T_h\) ಅನುಪಾತ ಕಡಿಮೆಯಾಗುವುದರಿಂದ ದಕ್ಷತೆಯೂ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಕೆಲ್ವಿನ್‌ನಲ್ಲಿ ವ್ಯಕ್ತಪಡಿಸಬೇಕಾಗಿರುವುದರಿಂದ, ದಕ್ಷತೆಯ ಲೆಕ್ಕಾಚಾರಗಳು ಸಂಪೂರ್ಣ ಮಾಪಕವನ್ನು ಬಳಸಬೇಕು. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, \(T_h = 800 \, K\) ಮತ್ತು \(T_c = 300 \, K\) ಆಗಿದ್ದರೆ, ನಂತರ:
\[
\eta_{ಕಾರ್ನೋಟ್} = 1 – \frac{300}{800} = 1 – 0{,}375 = 0{,}625
\]
ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ ಗರಿಷ್ಠ ದಕ್ಷತೆ 62,5%. ವಿವಿಧ ನಷ್ಟಗಳಿಂದಾಗಿ ನೈಜ-ಪ್ರಪಂಚದ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳು ಯಾವಾಗಲೂ ಈ ಮೌಲ್ಯಕ್ಕಿಂತ ಕಡಿಮೆಯಿರುತ್ತವೆ.

ತಾಪಮಾನವು ದಕ್ಷತೆಯ ಮಿತಿಯನ್ನು ಏಕೆ ನಿರ್ಧರಿಸುತ್ತದೆ?

ಭೌತಿಕವಾಗಿ, ಒಂದು ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್ ತಾಪಮಾನದ ಇಳಿಜಾರಿನ ಕಾರಣದಿಂದಾಗಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುತ್ತದೆ: ಶಾಖವು ಸ್ವಯಂಪ್ರೇರಿತವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಿಂದ ಕಡಿಮೆ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ "ಹರಿಯುತ್ತದೆ". ಈ ಶಾಖ ಶಕ್ತಿಯ ಹರಿವನ್ನು ನಿರ್ದೇಶಿತ ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸಲು (ಉದಾ., ಪಿಸ್ಟನ್ ಚಲನೆ ಅಥವಾ ಟರ್ಬೈನ್ ತಿರುಗುವಿಕೆ), ವ್ಯವಸ್ಥೆಯು ಎರಡು ತಾಪಮಾನಗಳ ನಡುವೆ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸಬೇಕು. ಉಷ್ಣಬಲ ವಿಜ್ಞಾನದ ಎರಡನೇ ನಿಯಮವು ಎಲ್ಲಾ ಹೀರಿಕೊಳ್ಳುವ ಶಾಖವನ್ನು ಅದರ ಕೆಲವು ಭಾಗವನ್ನು ತಂಪಾದ ಜಲಾಶಯಕ್ಕೆ ತಿರಸ್ಕರಿಸದೆ ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವುದು ಅಸಾಧ್ಯವೆಂದು ಹೇಳುತ್ತದೆ. ಬೇರೆ ರೀತಿಯಲ್ಲಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, \(T_c\) ಅಸ್ತಿತ್ವವು ಪಾವತಿಸಬೇಕಾದ "ಬೆಲೆ"ಯಾಗಿದೆ.

ಶಾಖದ ಮೂಲ ಮತ್ತು ಶಾಖ ಸಿಂಕ್ ನಡುವಿನ ಉಷ್ಣ ಪರಿಸ್ಥಿತಿಗಳಲ್ಲಿನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಹೆಚ್ಚಾದಷ್ಟೂ (ಹೆಚ್ಚು ನಿಖರವಾಗಿ ಹೇಳುವುದಾದರೆ, ಅನುಪಾತವು \(T_c/T_h\) ಚಿಕ್ಕದಾಗಿರುತ್ತದೆ), ಉಳಿದ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಅಂತಿಮವಾಗಿ ತಿರಸ್ಕರಿಸುವ ಮೊದಲು ಕೆಲವು ಶಾಖವನ್ನು ಕೆಲಸವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ಅವಕಾಶ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ.

ನಿಜವಾದ ಎಂಜಿನ್ ಮೇಲೆ ಶಾಖ ಮೂಲದ (Th) ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವ ಪರಿಣಾಮ

ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ, \(T_h\) ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳು ಮತ್ತು ವಾಹನ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುವ ಪ್ರಾಥಮಿಕ ತಂತ್ರವಾಗಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗಳಲ್ಲಿ ಅನಿಲ ಟರ್ಬೈನ್‌ಗಳು ಮತ್ತು ಸೂಪರ್‌ಕ್ರಿಟಿಕಲ್ ಸ್ಟೀಮ್ ಪವರ್ ಪ್ಲಾಂಟ್‌ಗಳು ಸೇರಿವೆ: ಟರ್ಬೈನ್ ಇನ್ಲೆಟ್ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದರಿಂದ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಸೈಕಲ್ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ.

ಆದಾಗ್ಯೂ, \(T_h\) ಹೆಚ್ಚಳವು ಎಂಜಿನಿಯರಿಂಗ್ ಮಿತಿಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತದೆ:

1. ವಸ್ತು ಶಕ್ತಿ ಮತ್ತು ಶಾಖ ಪ್ರತಿರೋಧ
ಟರ್ಬೈನ್ ಬ್ಲೇಡ್‌ಗಳು, ದಹನ ಕೊಠಡಿಗಳು ಮತ್ತು ಬಾಯ್ಲರ್ ಪೈಪ್‌ಗಳಂತಹ ಘಟಕಗಳು ಅತ್ಯಂತ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ತಡೆದುಕೊಳ್ಳಬೇಕು. ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ, ವಸ್ತುಗಳು ತೆವಳುವಿಕೆ (ನಿಧಾನ ವಿರೂಪ), ಆಕ್ಸಿಡೀಕರಣ, ಬಿಸಿ ತುಕ್ಕು ಮತ್ತು ಯಾಂತ್ರಿಕ ಶಕ್ತಿಯ ನಷ್ಟವನ್ನು ಅನುಭವಿಸಬಹುದು.

2. ಘಟಕ ತಂಪಾಗಿಸುವ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳು
ಆಧುನಿಕ ಅನಿಲ ಟರ್ಬೈನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ, ಟರ್ಬೈನ್ ಬ್ಲೇಡ್‌ಗಳನ್ನು ಗಾಳಿ ಅಥವಾ ಆಂತರಿಕ ತಂಪಾಗಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯಿಂದ ತಂಪಾಗಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಈ ತಂಪಾಗಿಸುವಿಕೆಯು ವಸ್ತುವು ಬದುಕುಳಿಯಲು ಸಹಾಯ ಮಾಡುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ತಂಪಾಗಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಶಕ್ತಿಯನ್ನು ಬಳಸುವುದರಿಂದ ಮತ್ತು ಹರಿವು ಹೆಚ್ಚು ಸಂಕೀರ್ಣವಾಗುವುದರಿಂದ ಇದು ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ.

3. ಹೆಚ್ಚಿದ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ನಷ್ಟಗಳು
ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ, ಕೆಲವು ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು (ಉದಾ. ನಿಜವಾದ ದಹನ, ಮಿಶ್ರಣ, ಪ್ರಕ್ಷುಬ್ಧತೆ, ದೊಡ್ಡ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸಗಳ ಮೇಲೆ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ) ಆದರ್ಶ ದಕ್ಷತೆಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ಎಂಟ್ರೊಪಿಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು ಮತ್ತು ನಿಜವಾದ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು.

ಆದಾಗ್ಯೂ, ತಾಂತ್ರಿಕ ಪ್ರವೃತ್ತಿಗಳು ವಸ್ತುಗಳ ಅಭಿವೃದ್ಧಿ (ಸೂಪರ್‌ಅಲಾಯ್‌ಗಳು, ಸೆರಾಮಿಕ್ಸ್), ಶಾಖ-ನಿರೋಧಕ ಲೇಪನಗಳು ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಅತ್ಯಾಧುನಿಕ ತಂಪಾಗಿಸುವ ವಿನ್ಯಾಸಗಳ ಮೂಲಕ \(T_h\) ನಲ್ಲಿ ಸುಧಾರಣೆಗಳನ್ನು ಮುಂದುವರೆಸುತ್ತಿವೆ.

ಶೀತ ಜಲಾಶಯದ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದರ ಪರಿಣಾಮ (Tc)

\(T_c\) ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದರಿಂದ ದಕ್ಷತೆಯೂ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೆ ಇದು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ತೋರುವುದಕ್ಕಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಕಷ್ಟಕರವಾಗಿರುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳಲ್ಲಿ, \(T_c\) ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ತಂಪಾಗಿಸುವ ನೀರು ಅಥವಾ ಸುತ್ತುವರಿದ ಗಾಳಿಯ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ಸಂಬಂಧಿಸಿದೆ. ಪರಿಸರವನ್ನು ಇಚ್ಛೆಯಂತೆ "ತಣ್ಣಗೆ" ಮಾಡಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲದ ಕಾರಣ, \(T_c\) ನಲ್ಲಿನ ಕಡಿತವು ಈ ಕೆಳಗಿನವುಗಳಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ:

1. ಹವಾಮಾನ ಮತ್ತು ಪರಿಸರದ ತಾಪಮಾನ
ಬಿಸಿ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ \(T_c\) ಹೊಂದಿರುತ್ತವೆ, ಆದ್ದರಿಂದ ತಂಪಾದ ಪ್ರದೇಶಗಳಲ್ಲಿನ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳಿಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ದಕ್ಷತೆಯು ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ.

2. ಕಂಡೆನ್ಸರ್ ತಂತ್ರಜ್ಞಾನ ಮತ್ತು ತಂಪಾಗಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಗಳು
ಉತ್ತಮ ಕಂಡೆನ್ಸರ್‌ಗಳು ನಿಷ್ಕಾಸ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಸುತ್ತುವರಿದ ತಾಪಮಾನಕ್ಕೆ ಹತ್ತಿರ ತರಬಹುದು, ಆದರೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ವೆಚ್ಚ ಮತ್ತು ಸಂಕೀರ್ಣತೆ ಇಲ್ಲದೆ ಆ ಮಿತಿಯನ್ನು ಮೀರಲು ಸಾಧ್ಯವಿಲ್ಲ.

3. ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯ ದರದ ಮೇಲಿನ ಮಿತಿಗಳು
ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ \(T_c\) ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಎಂದರೆ ಶಾಖ ತೆಗೆಯುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು. ಇದಕ್ಕೆ ದೊಡ್ಡ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ ಪ್ರದೇಶ, ಹೆಚ್ಚಿನ ಕೂಲಂಟ್ ಹರಿವು ಅಥವಾ ವಿಶೇಷ ಕೂಲಿಂಗ್ ವಿಧಾನಗಳು ಬೇಕಾಗುತ್ತವೆ - ಇವೆಲ್ಲವೂ ವೆಚ್ಚಗಳು ಮತ್ತು ಪರಾವಲಂಬಿ ಶಕ್ತಿಯ ಬಳಕೆಯನ್ನು (ಪಂಪ್‌ಗಳು, ಫ್ಯಾನ್‌ಗಳು) ಪರಿಣಾಮ ಬೀರುತ್ತವೆ.

ವಾಹನದ ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್‌ನ ಸಂದರ್ಭದಲ್ಲಿ, "ಶೀತ ಜಲಾಶಯ"ವನ್ನು ಎಂಜಿನ್‌ನ ತಂಪಾಗಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆ ಮತ್ತು ಅದರ ಸುತ್ತಮುತ್ತಲಿನ ಪರಿಸರ ಎಂದು ಅರ್ಥೈಸಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು. ಬಿಸಿ ವಾತಾವರಣವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಾರ್ಯಾಚರಣಾ ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ಕಾರಣವಾಗುತ್ತದೆ, ಇದು ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಬಡಿದುಕೊಳ್ಳುವ ಅಥವಾ ಅಧಿಕ ಬಿಸಿಯಾಗುವ ಅಪಾಯವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ.

ಆದರ್ಶ ದಕ್ಷತೆ vs. ವಾಸ್ತವಿಕ ದಕ್ಷತೆ: ನಷ್ಟಗಳ ಮೇಲೆ ತಾಪಮಾನದ ಪರಿಣಾಮ

ಕಾರ್ನೋಟ್ ಗರಿಷ್ಠ ಮಿತಿಗಳನ್ನು ಒದಗಿಸಿದರೂ, ನೈಜ ಯಂತ್ರಗಳು ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಅನಾನುಕೂಲಗಳನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತವೆ:

- ಕೆಲಸವನ್ನು ಶಾಖವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತಿಸುವ ಯಾಂತ್ರಿಕ ಘರ್ಷಣೆ (ಶಾಫ್ಟ್‌ಗಳು, ಪಿಸ್ಟನ್‌ಗಳು, ಬೇರಿಂಗ್‌ಗಳು).
- ಪರಿಸರಕ್ಕೆ ಅನಗತ್ಯ ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆ ನಷ್ಟಗಳು.
– ಆಂತರಿಕ ದಹನಕಾರಿ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ ಅಪೂರ್ಣ ದಹನ, ಆದ್ದರಿಂದ ಎಲ್ಲಾ ರಾಸಾಯನಿಕ ಶಕ್ತಿಯು ಉಪಯುಕ್ತ ಶಾಖವಾಗಿ ಪರಿವರ್ತನೆಯಾಗುವುದಿಲ್ಲ.
- ಕೊಳವೆಗಳು, ಕವಾಟಗಳು, ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕಗಳಲ್ಲಿ ದ್ರವ ಹರಿವಿನ ನಷ್ಟಗಳು (ಒತ್ತಡದ ಕುಸಿತ).
– ಅರೆ-ಸ್ಥಿರವಲ್ಲದ ಪ್ರಕ್ರಿಯೆಗಳು, ಪ್ರಕ್ಷುಬ್ಧತೆ ಮತ್ತು ಮಿಶ್ರಣದಿಂದಾಗಿ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆ.

ತಾಪಮಾನವು ಈ ನಷ್ಟಗಳಿಗೆ ನಿಕಟ ಸಂಬಂಧ ಹೊಂದಿದೆ. ಉದಾಹರಣೆಗೆ, ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕದಲ್ಲಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನ ವ್ಯತ್ಯಾಸವು ಶಾಖ ವರ್ಗಾವಣೆಯನ್ನು ವೇಗಗೊಳಿಸಬಹುದು, ಆದರೆ ಇದು ಹೆಚ್ಚಿನ ಎಂಟ್ರೊಪಿ ಉತ್ಪಾದನೆಯಿಂದಾಗಿ ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರರ್ಥ ಉಷ್ಣ ವಿನ್ಯಾಸವು ಹಿಂತಿರುಗಿಸಲಾಗದಿರುವಿಕೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದರೊಂದಿಗೆ ಕಾರ್ಯಕ್ಷಮತೆಯ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳನ್ನು ಸಮತೋಲನಗೊಳಿಸಬೇಕು.

ಅನ್ವಯ ಉದಾಹರಣೆಗಳು: ರ್ಯಾಂಕಿನ್ ಮತ್ತು ಬ್ರೇಟನ್ ಚಕ್ರಗಳು

ಉಗಿ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರದಲ್ಲಿ (ರ್ಯಾಂಕೈನ್ ಚಕ್ರ), ಟರ್ಬೈನ್-ಇನ್ಲೆಟ್ ಉಗಿಯ ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಒತ್ತಡವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು (ಉದಾ., ಅತಿಯಾಗಿ ಬಿಸಿಯಾಗುವುದು ಅಥವಾ ಅತಿ ನಿರ್ಣಾಯಕವಾಗುವುದು) ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಇದಕ್ಕೆ ವಿರುದ್ಧವಾಗಿ, ನಿಷ್ಕಾಸ ಉಗಿ ಒತ್ತಡ/ತಾಪಮಾನವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿ ಕಂಡೆನ್ಸರ್ ಅನ್ನು ಬಳಸುವುದರಿಂದ ದಕ್ಷತೆಯೂ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ, ಆದರೂ ಪರಿಸರ ಮಿತಿಗಳೊಂದಿಗೆ.

ಅನಿಲ ಟರ್ಬೈನ್‌ಗಳಲ್ಲಿ (ಬ್ರೇಟನ್ ಚಕ್ರ), ಟರ್ಬೈನ್ ಒಳಹರಿವಿನ ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ದಕ್ಷತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚುವರಿಯಾಗಿ, ಪುನರುತ್ಪಾದನೆ, ಇಂಟರ್ ಕೂಲಿಂಗ್ ಮತ್ತು ಮತ್ತೆ ಬಿಸಿ ಮಾಡುವಂತಹ ತಂತ್ರಗಳು ತ್ಯಾಜ್ಯವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಲು ಮತ್ತು ನಿವ್ವಳ ಕೆಲಸವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಲು ತಾಪಮಾನದ ಪ್ರೊಫೈಲ್ ಅನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುತ್ತವೆ. ರಾಂಕೈನ್ ಚಕ್ರದಲ್ಲಿ ಉಗಿಯನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಅನಿಲ ಟರ್ಬೈನ್‌ನ ನಿಷ್ಕಾಸ ಶಾಖವನ್ನು ಬಳಸುವ ಸಂಯೋಜಿತ ಚಕ್ರವು ತಾಪಮಾನ-ವರ್ಧಿಸುವ ತಂತ್ರದ ಸ್ಪಷ್ಟ ಉದಾಹರಣೆಯಾಗಿದೆ: ಹಿಂದೆ ವ್ಯರ್ಥವಾಗುತ್ತಿದ್ದ ಮಧ್ಯಂತರ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿನ ಶಾಖವನ್ನು ಈಗ ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಕೆಲಸವನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಬಳಸಲಾಗುತ್ತದೆ.

ತೀರ್ಮಾನ

ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ನಿರ್ಧರಿಸುವ ಪ್ರಮುಖ ವೇರಿಯೇಬಲ್ ತಾಪಮಾನವಾಗಿದೆ. ಸೈದ್ಧಾಂತಿಕವಾಗಿ, ಗರಿಷ್ಠ ದಕ್ಷತೆಯು ಕಾರ್ನೋಟ್ ದಕ್ಷತೆಯಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ, \(\eta = 1 – T_c/T_h\), ಇದು ಶಾಖ ಮೂಲದ ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ ಮತ್ತು/ಅಥವಾ ಶೀತ ಜಲಾಶಯದ ತಾಪಮಾನ ಕಡಿಮೆಯಾದಂತೆ ದಕ್ಷತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆ ಎಂದು ಸೂಚಿಸುತ್ತದೆ. ಪ್ರಾಯೋಗಿಕವಾಗಿ, \(T_h\) ಅನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುವುದು ವಸ್ತು ಸಾಮರ್ಥ್ಯಗಳು, ತಂಪಾಗಿಸುವ ಅವಶ್ಯಕತೆಗಳು ಮತ್ತು ಬದಲಾಯಿಸಲಾಗದ ನಷ್ಟಗಳಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ; ಆದರೆ \(T_c\) ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಸುತ್ತುವರಿದ ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ಶಾಖವನ್ನು ತಿರಸ್ಕರಿಸುವ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯ ಸಾಮರ್ಥ್ಯದಿಂದ ಸೀಮಿತವಾಗಿದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ನ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುವುದು ಕೇವಲ "ಅದನ್ನು ಬಿಸಿಯಾಗಿಸುವುದು" ಅಥವಾ "ತಂಪಾಗಿಸುವುದು" ಅಲ್ಲ, ಬದಲಿಗೆ ಒಟ್ಟಾರೆಯಾಗಿ ಉಷ್ಣ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಅತ್ಯುತ್ತಮವಾಗಿಸುವ ವಿಷಯವಾಗಿದೆ - ವಸ್ತುಗಳನ್ನು ಆಯ್ಕೆ ಮಾಡುವುದು, ಶಾಖ ವಿನಿಮಯಕಾರಕಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸುವುದು, ನಷ್ಟಗಳನ್ನು ನಿಯಂತ್ರಿಸುವುದು ಮತ್ತು ವಿವಿಧ ತಾಪಮಾನ ಹಂತಗಳಲ್ಲಿ ಶಾಖವನ್ನು ಬಳಸುವುದು. ತಾಪಮಾನ ಮತ್ತು ದಕ್ಷತೆಯ ನಡುವಿನ ಸಂಬಂಧವನ್ನು ಅರ್ಥಮಾಡಿಕೊಳ್ಳುವ ಮೂಲಕ, ನಾವು ಹೆಚ್ಚು ಶಕ್ತಿ-ಸಮರ್ಥ, ಹೆಚ್ಚು ವಿಶ್ವಾಸಾರ್ಹ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಸರ ಸ್ನೇಹಿಯಾಗಿರುವ ಶಾಖ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳನ್ನು ವಿನ್ಯಾಸಗೊಳಿಸಬಹುದು.

ನೀವು ಬಯಸಿದರೆ, ನಾನು ಈ ಲೇಖನವನ್ನು ಒಂದು ಆವೃತ್ತಿಗೆ ಅಳವಡಿಸಿಕೊಳ್ಳಬಹುದು: (1) ಹೆಚ್ಚುವರಿ ಉಲ್ಲೇಖಗಳು ಮತ್ತು ಸಮೀಕರಣಗಳೊಂದಿಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಶೈಕ್ಷಣಿಕ, (2) ಪ್ರೌಢಶಾಲಾ ವಿದ್ಯಾರ್ಥಿಗಳಿಗೆ ಹೆಚ್ಚು ಜನಪ್ರಿಯ, ಅಥವಾ (3) ವಾಹನ ಎಂಜಿನ್‌ಗಳು ಅಥವಾ ವಿದ್ಯುತ್ ಸ್ಥಾವರಗಳ ಉದಾಹರಣೆಗಳ ಮೇಲೆ ಕೇಂದ್ರೀಕರಿಸುವುದು.