Qanûna Yekem a Termodînamîkê di Analîza Makîneyên Pîşesaziyê de
Li pişt gurîna turbînan, germahiya firneyên kazanê û dengê kompresoran di kargehan de, prensîbeke bingehîn heye ku hema hema her tim heye: Qanûna Yekem a Termodînamîkê. Ev qanûn bingeha têgihîştina ka enerjî çawa di makîneyên pîşesaziyê de diçe û diguhere ye. Bi fêrbûna wê, endezyar dikarin hewcedariyên sotemeniyê hesab bikin, karîgeriyê texmîn bikin, pergalên sarkirinê sêwirînin û tewra bermayiyên enerjiyê di alavên hilberînê de teşhîs bikin. Ev gotar li ser têgehan, hevkêşeyên sereke û mînakên serîlêdanên Qanûna Yekem a Termodînamîkê di analîza makîneyên pîşesaziyê de nîqaş dike.
1. Têgihîştina Qanûna Yekem a Termodînamîkê
Qanûna Yekem a Termodînamîkê di bingeh de qanûna parastina enerjiyê ye. Enerjî nayê afirandin an tunekirin; ew tenê dikare ji pergalekê bo pergaleke din were veguhastin an jî ji formeke bo formeke din were veguherandin. Di çarçoveya termodînamîkê de, formên enerjiyê yên ku herî zêde têne nîqaşkirin ev in:
– Germî (germahî, Q): enerjiya ku ji ber cudahîyên germahiyê tê veguhastin.
– Kar (W): enerjiya ku ji ber hêzekê tê veguhestin ku dibe sedema cihguherînê, bo nimûne karê şaftê li ser turbînekê an kompresorekê.
– Enerjiya navxweyî (U): enerjiya mîkroskopîk di madeyekê de (bi germahî, qonax û têkiliyên molekulî ve girêdayî).
- Zêdekirinên girîng li ser sîstema herikînê: enerjiya kînetîk (KE) û enerjiya potansiyel (PE).
Bi gotineke hêsan, Qanûna Yekem dibêje: guherîna enerjiyê ya sîstemekê wekhevî enerjiya têketinê kêmî enerjiya derçûyî ye.
2. Sîstemên Termodînamîk di Makîneyên Pîşesaziyê de
Di analîza makîneyên pîşesaziyê de, em bi gelemperî yek ji du celeb pergalan hildibijêrin:
1. Sîstema girtî
Girse ji sînorên pergalê derbas nabe, lê enerjî (germahî/kar) dikare were veguheztin. Mînak: silindir-piston di hin pêvajoyên komî de (mînak, ceribandinên laboratîfê an pêvajoyên taybetî).
2. Pergalê veke / kontrolkirina deng
Girse û enerjî dikarin sînoran derbas bikin. Ev di pîşesaziyê de herî gelemper e: turbîn, kompresor, pomp, kazan, kondenser, guhêrkerên germê, nozul, belavker û boriyan.
Piraniya alavên çêkirinê di şert û mercên rewşa aram de wekî qebareya kontrolê têne analîzkirin, ev tê vê wateyê ku rêjeya herikînê û taybetmendiyên şilavê di tu xalekê de bi demê re naguherin.
3. Hevkêşeya Giştî ya Qanûna Yekem a Termodînamîkê
3.1. Ji bo pergalên girtî
Wekheviya bingehîn:
\[
\Delta E = Q – W
\]
ku \(\Delta E\) guhertinên di enerjiya navxweyî, kînetîk û potansiyel de vedihewîne. Di gelek rewşên pratîkî de, guhertinên di enerjiya kînetîk û potansiyel de têne paşguh kirin, ji ber vê yekê:
\[
\Delta U = Q – W
\]
Şîrovekirin: germahiya ku dikeve enerjiya navxweyî zêde dike, lê karê ku ji hêla pergalê ve tê kirin enerjiya navxweyî kêm dike (li gorî peymana nîşanê ye, lê peymana endezyariyê ya giştî ev e: Q ya ku dikeve pozîtîf e, W ya ku derdikeve (ji hêla pergalê ve hatî hilberandin) pozîtîf e).
3.2. Ji bo pergalên vekirî (kontrola deng)
Ji bo herikînek yek-di-yek-derve ya domdar, forma ku pir caran tê bikar anîn ev e:
\[
\dot{Q} – \dot{W} = \dot{m}\çep[(h_2-h_1) + \frac{V_2^2 – V_1^2}{2} + g(z_2-z_1)\rast]
\]
Agahî:
– \(\dot{Q}\): rêjeya veguhestina germê (kW)
– \(\dot{W}\): rêjeya kar (kW), pir caran bi şiklê karê şaftê
– \(\dot{m}\): rêjeya herikîna girseyî (kg/s)
– \(h\): entalpiya taybet (kJ/kg)
– \(V\): leza herikînê (m/s)
– \(z\): bilindahî (m)
Di gelek makîneyên pîşesaziyê de, guhertinên di bilindahî û enerjiya kînetîk de li gorî guhertina entalpiyê nisbeten piçûk in, ji ber vê yekê ew bi vî rengî têne hêsankirin:
\[
\dot{Q} – \dot{W} nêzîkî \dot{m}(h_2-h_1)
\]
Ev forma hêsan e ku Qanûna Yekem ewqas pratîk dike: tenê bi daneyên entalpiya ketin-derketinê, em dikarin hewcedariyên germî an hêzê yên şaftê texmîn bikin.
4. Bikaranîn di Makîneyên Pîşesaziyê de
4.1. Turbîna buharê an turbîna gazê
Turbîn enerjiya germî ya şilekê vediguherînin xebata şaftê. Ji bo turbînek rewşa sabît, pir caran tê texmînkirin ku ew adîabatîk e (\(\dot{Q}\approx 0\)):
\[
-\dot{W} \nêzîkî \dot{m}(h_2-h_1)
\]
Ji ber ku \(h_2 < h_1\) (kêmkirina entalpiyê), wê hingê \(\dot{W}\) wekî hêza hilberandî erênî ye. Ji vir, hêza turbînê dikare were hesibandin ger rêjeya herikîna girseyî û kêmbûna entalpiyê li gorî tabloyên buharê an daneyên taybetmendiyên gazê werin zanîn. Feydeyên pîşesaziyê: hesabkirina derana hêzê, nirxandina karîgeriya îsentropîk a turbînê, û texmîna xerckirina buharê li ser her kWh. 4.2. Kompresora hewayê Kompresor ji bo zêdekirina zextê xebata şaftê hewce dike da ku entalpiyê zêde bibe (\(h_2>h_1\)). Ji bo kompresorek adîabatîk:
\[
\dot{W}_{in} \aprox \dot{m}(h_2-h_1)
\]
Ev tê vê wateyê ku mîqdara hêza elektrîkê ya ku ji hêla kompresorê ve tê xwestin ji hêla zêdebûna entalpiyê ve tê destnîşankirin, ku ji hêla rêjeya zextê, germahiya ketinê û karîgeriya zextê ve bandor dibe.
Feydeyên pîşesaziyê: destnîşankirina taybetmendiyên motorê, hesabkirina lêçûnên enerjiya zextê, û berawirdkirina kompresorên yek-qonaxî û pir-qonaxî yên bi intercooling.
4.3. Pompa şilavê
Pompe zexta şilavekê zêde dikin. Ji bo şilavên nepêçbar, guherîna entalpiyê pir caran bi vî awayî tê texmînkirin:
\[
w_p \nêzîkî v \Delta p
\]
ku \(v\) qebareya taybetî ye (m³/kg) û \(Delta p\) zêdebûna zextê ye. Ji ber ku \(v\) piçûk e, karê pompê li gorî kg bi gelemperî ji yê kompresorek gazê kêmtir e.
Feydeyên pîşesaziyê: pîvandina mezinahiya pomp û motorê, analîza windabûna serî, û nirxandina xerckirina enerjiyê ya pergala boriyan.
4.4. Boyler (boylera buharê)
Boyler germê ji şewitandinê vediguhezîne avê da ku buhar çêbibe. Ji bo kontrola deng a rewşa sabît bi xebata şaftê ya piçûk (\(\dot{W}\nêzîkî 0\)):
\[
\dot{Q}_{in} \aprox \dot{m}(h_{out}-h_{in})
\]
Ev hesabkirin dibe alîkar ku germahiya pêwîst ji bo hilberandina rêjeyek hilberîna buharê ya diyarkirî were destnîşankirin. Wekî din, pêdiviyên sotemeniyê dikarin bi berçavgirtina karîgeriya şewitandinê û nirxa kalorî ya sotemeniyê werin hesibandin.
Feydeyên pîşesaziyê: vekolînên enerjiya boylerê, plansaziya kapasîteyê, û çêtirkirina hilweşandin û aborîzerê.
4.5. Kondenser
Kondenser germê ji buharê derdixe heta ku ew bibe şilek. Bi texmîna ku xebata şaftê tune ye:
\[
\dot{Q}_{derve} \nêzîkî \dot{m}(h_{in}-h_{derve})
\]
Mezinahiya \(\dot{Q}_{out}\) hewcedariya ava sarkirinê an jî kapasîteya bircê sarkirinê diyar dike.
Feydeyên pîşesaziyê: sêwirana pergala sarkirinê, kontrola germahiya pêvajoyê, û çavdêriya qirêjbûnê di guherkerên germê de.
4.6. Guherkera germê
Di guhêrkerê germê de, du herik germê diguherînin, û bi gelemperî tê texmînkirin ku li gorî derdorê adîabatîk in (\(\dot{Q}_{dorhêl}\approx 0\)) û bê kar in:
\[
\dot{m}_h(h_{h, hundir}-h_{h, derve}) = \dot{m}_c(h_{c, derve}-h_{c, hundir})
\]
Ev hevkêşe formeke Qanûna Yekem e ku ji bo hesabkirina barên germê û verastkirina performansa alavan di zeviyê de pir girîng e.
5. Tesbîtkirina Enerjiyê û Bermayiyan
Qanûna Yekem rasterast nabêje ka makîneyek çiqas baş e (ev qada Qanûna Duyem û têgeha entropiyê ye), lê ew ji bo van pir bi hêz e:
- Ji bo hemî yekîneyên pêvajoyê hevsengiya enerjiyê biafirînin.
- Windabûna germê ji ber îzolasyona nebaş, rijandina buharê, an şewitandina nebaş tespît bikin.
- Pîvandina karîgeriya germî bi awayekî sade, bo nimûne:
- Karîgeriya boylerê: enerjiya buhara bikêrhatî / enerjiya kîmyewî ya sotemeniyê.
- Karîgeriya turbîn-jeneratorê: kêmkirina hêza elektrîkê / enerjiya buharê.
- Pêşanîyên teserûfê diyar bikin: alavên bi \(\dot{Q}\) an \(\dot{W}\) ya herî mezin bi gelemperî hedefa sereke ya çêtirkirinê ne.
Di vekolîneke enerjiyê de, endezyar daneyên germahî, zext, rêjeya herikînê û hêza elektrîkê berhev dikin û dûv re hemî herikînên enerjiyê yên hatin û derketinê nexşe dikin. Nakokiyên hevsengiya enerjiyê pir caran pirsgirêkên amûran, qirêjî, rijandin, an texmînên xebitandinê yên nederbasdar nîşan didin.
6. Nimûneyek Kurt a Çawaniya Ramanînê (Bêyî Hejmarên Aloz)
Ferz bike ku turbînek buhara bi entalpiya bilind werdigire û buhara bi entalpiya nizmtir derdixe. Ger rêjeya buharê were zanîn, wê hingê hêza turbînê bi awayekî îdeal bi \(\dot{m}(h_1-h_2)\) re rêjeyî ye. Ger hêza rastîn pir piçûktir be, endezyar dê îhtîmalên jêrîn lêkolîn bike:
- kêmbûna karîgeriya turbînê (zirara pelan, erozyon, depo),
- buhar ji binê mohrê derbas dibe,
- şert û mercên ketinê ne wekî ku hatine sêwirandin in (daketina zext/germahî),
- hebûna veguhestina germê ya nexwestî an guhertinên di şert û mercên herikînê de.
Hemû lêkolîn ji Qanûna Yekem dest pê dikin: "enerjî diçe ku derê?"
7. Encam
Qanûna Yekem a Termodînamîkê amûra herî bingehîn û pir caran tê bikaranîn di analîza makîneyên pîşesaziyê de ye. Bi sepandina hevsengiyên enerjiyê li ser turbînan, kompresoran, pompan, kazanan, kondenseran û guhêrkerên germê, endezyar dikarin bi awayekî sîstematîk hewcedariyên germê, hêza şaftê, derana kar û barên sarkirinê hesab bikin. Her çend karîgeriya enerjiyê Qanûna Duyem hewce dike jî, Qanûna Yekem xalek destpêkê ya neçar ji bo sêwirandin, xebitandin û baştirkirina enerjiyê ya santralên nûjen dimîne.
Heke hûn bixwazin, ez dikarim guhertoyek gotarê lê zêde bikim ku lêkolînên dozên hejmarî (mînak hesabên hêza turbîn/kompresorê an jî hevsengiyên enerjiya boylerê) bi gavên berfireh û tabloyên taybetmendiyên têkildar dihewîne.
