Carnot Buhar Çevrimi

1143
Carnot Buhar Çevrimi

İki sıcaklık sınırı arasında çalışan en yüksek verimli çevrimin Carnot çevrimi olduğu bilinir. Bu nedenle, buharlı güç santralleri için ideal bir çevrim araştırılırken önce Carnot çevriminin akla gelmesi doğaldır. Eğer uygulanabilirse Carnot çevriminin ideal buharlı güç çevrimi olarak seçilmesi gerekir. Fakat aşağıda açıklandığı gibi, Carnot çevrimi buharlı güç çevrimleri için uygun bir model değildir. Aşağıdaki tartışmalarda aracı akışkanın su buharı olduğu kabul edilecektir, çünkü buharlı güç çevrimlerinde en yaygın olarak kullanılan akışkan sudur.

Su gibi saf bir maddenin doyma bölgesinde, sürekli akışlı bir sistemde gerçekleşen Carnot çevrimini inceleyelim (Şekil 1-a). Su, 1-2 hal değişiminde, kazanda sabit sıcaklıkta (izotermal) ve tersinir olarak ısıtılır. 2-3 hal değişimi türbinde sabit entropide (izantropik) genişlemedir. 3-4 hal değişiminde su sabit sıcaklıkta ve tersinir olarak yoğuşur ve daha sonra 4-1 hal değişiminde sabit entropide sıkıştırılarak ilk haline getirilir.

İki Carnot çevrimi için T-s diyagramı
Şekil 1: İki Carnot çevrimi için T-s diyagramı

Bu çevrimin uygulanması aşağıdaki nedenlerden dolayı zordur:

1. İki fazlı bir sistemden veya sisteme sabit sıcaklıkta ısı geçişi uygulamada gerçekleştirilebilir, çünkü ısıtıcı içinde basıncın sabit tutulması sıcaklığın da doyma değerinde sabit kalmasını sağlayacaktır. Bu nedenle, 1-2 ve 3-4 hal değişimleri kazan ve yoğuşturucularda kolaylıkla sağlanabilir. Fakat ısı geçişini iki fazlı sistemlerle sınırlamak, çevrimde erişilebilecek en yüksek sıcaklığı önemli ölçüde kısıtlar. Bu sıcaklık kritik sıcaklığın üzerinde olamaz, su için bu değer 374 °C’dir. Sıcaklığın kısıtlanması ısıl verimin de sınırlanması anlamına gelir. Çevrimdeki en yüksek sıcaklığın doyma sıcaklığının üzerine çıkarılması durumunda, akışkana ısı geçişi kızgın buhar bölgesinde, başka bir deyişle tek fazlı bölgede olur. Tek fazlı bölgede izotermal ısı geçişinin gerçekleştirilmesi ise çok zordur.

2. İzantropik genişleme (2-3 hal değişimi) iyi tasarlanmış bir türbinde yaklaşık olarak gerçekleştirilebilir. Fakat Şekil 1-a’da görüldüğü gibi genişleme sırasında buharın kuruluk derecesi azalır. Bu durumda türbinde akan buhar içindeki sıvı zerreciklerinin miktarı artacaktır. Sıvı zerreciklerinin türbin kanatlarına çarpması, aşınmaya ve yıpranmaya yol açar. Bu bakımdan güç santrallerinde türbindeki genişleme sırasında kuruluk derecesinin yüzde 90’nın altına düşmesi istenmez. Bu sorun, doymuş buhar eğrisi çok dik olan bir akışkan kullanarak çözülebilir.

3. İzantropik sıkıştırma (4-1 hal değişimi), sıvı buhar karışımının doymuş sıvı haline sıkıştırılmasını öngörmektedir. Bu işlemle ilgili iki zorluk vardır. Birincisi, yoğuşturmanın 4 halinde son bulacak biçimde gerçekleştirilmesi kolay değildir. Ayrıca iki fazlı bir karışımı sıkıştıracak bir kompresörün yapımı uygulamada sorunlar yaratır.

Bu zorluklardan bazıları, Carnot çevrimini Şekil 1-b’de görüldüğü gibi tasarlayarak yok edilebilir. Fakat bu kez, çok yüksek basınçlarda izantropik sıkıştırma ve değişen basınç altında izotermal ısı geçişi gibi başka güçlükler ortaya çıkar. Bu nedenle Carnot çevriminin gerçek makinelerde uygulanamayacağı ve buharlı güç çevrimleri için gerçekçi bir model oluşturamayacağı sonucuna varırız.

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.