Termodinamik çevrimler, enerjinin verimli kullanımı ve çevre dostu çözümler sunmak için hayati öneme sahiptir Carnot, Rankine, Organik Rankine ve Brayton çevrimleri, endüstriyel uygulamalarda ve elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır Bu çevrimler, sıcaklık ve basınçtaki değişimlerle enerjinin dönüştürülmesini sağlar Her bir çevrimin avantajları ve dezavantajları vardır ve seçimi yakıt türüne, ihtiyaca ve maliyetlere bağlıdır

Termodinamik çevrimler, enerjinin dönüştürülmesi ve endüstriyel faaliyetlerin sürdürülebilirliği açısından hayati öneme sahiptir. Bu çevrimler, enerjinin verimli bir şekilde kullanılmasına yardımcı olur ve çevre dostu çözümler sunar. Termodinamik prensiplerine dayalı olarak oluşturulan çevrimler, endüstriyel uygulamalarda ve elektrik üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Carnot Çevrimi

Carnot çevrimi, desteklenen makine veya çevrim herhangi bir ortamda yüksek verimli bir ısı makinesi modelidir. Bu çevrim, sürekli termal işlem olarak adlandırılan bir dizi adımdan oluşmaktadır. Carnot çevrimi sadece teorik bir çevrimdir, ancak termodinamiğin temel yasaları üzerine kurulmuştur. Bu çevrim, sürekli iki derece arasındaki ısı transferini içerir ve çevrimdeki her adımın sıcaklığı birbirinden farklıdır.

Carnot çevrimi, ideal bir gazın termodinamik performansını karakterize eder ve her adım sabit sıcaklık ve sabit hacimle gerçekleşir. Bu adımlar adiabatik(yalıtımsal), isobarik(sabit basınç) veya izentropik(sabit entropi) olarak adlandırılır. Carnot çevriminin maksimum verimi, sıcaklık farkına eşittir ve bu verim, T1, yüksek sıcaklık ve T2, düşük sıcaklık arasındaki farkın oranı olarak hesaplanır.

Rankine Çevrimi

Rankine çevrimi, elektrik santralleri ve diğer endüstriyel uygulamalarda kullanılan bir termodinamik çevrimdir. Bu çevrim, ısıtılan bir sıvının buharlaştırılması, buharın genişlemesi, soğutulması ve sıkıştırılması adımlarından oluşur. İlk adım olan ısıtma, çoğunlukla kömür, doğal gaz veya nükleer enerji gibi yakıtlara dayalı bir ısı kaynağından sağlanır.

Isıtılan sıvı, yüksek sıcaklıkta buharlaştırılır ve ardından genişleme adımına girer. Bu adımda, buhar bir türbinde çalışır, böylece mekanik enerjiye dönüştürülür. Daha sonra, buhar soğutucular yardımıyla soğutulur ve tekrar sıvılaşır. Son adım, sıvının sıkıştırılmasıdır, bu da sıvının yeniden ısıtılması için ilk adımı oluşturur.

Rankine çevrimi, izobarik, izentropik ve ısı alma adımlarından oluşur. Izobarik adım, sabit basınçta gerçekleşir ve buharın genişlemesi ile ilgilidir. Izentropik adım, adyabatik genişlemenin gerçekleşmesini sağlar. Isı alma adımı ise, buharın ısıyı alarak sıvılaşmasını sağlar.

Rankine çevrimi, elektrik üretiminde en yaygın olarak kullanılan termodinamik çevrimlerden biridir. Bu çevrimin avantajı, farklı yakıt kaynakları kullanılabilmesi ve enerjinin sıvıdan doğrudan elektriğe dönüştürülebilmesidir. Bununla birlikte, bu çevrimin dezavantajı, düşük termal verimliliği ve yüksek CO2 emisyonlarını içermesidir.

Organik Rankine Çevrimi

Organik Rankine çevrimi, düşük sıcaklıkta yüksek derecede kirlilik içeren kaynaklardan enerji elde etmek için kullanılan bir alternatiftir. Bu çevrimde, organik sıvılar kullanılır ve bu sıvılar düşük sıcaklıklarda bile buharlaşma özelliğine sahiptir. Bu nedenle, organik Rankine çevrimi, jeotermal kaynaklardan, su kaynaklarından ve deniz suyundan enerji elde etmek için idealdir.

Bu çevrim, bir dizi adımdan oluşur. İlk adım, organik sıvıların ısıtılmasını içerir. Ardından, sıvılar buharlaştırılır ve buhar, türbinde dönmesi sağlanır. Son adımda, buhar soğutulur ve sıvı haline döndürülür.

Organik Rankine çevrimi, diğer çevrimlerle karşılaştırıldığında, daha az enerji verimliliğine sahip olsa da, sıvıların düşük sıcaklıklarda da buharlaşabilmesi nedeniyle daha esnek bir seçenek olarak kabul edilir. Ayrıca, organik sıvıların buharlaşma noktaları farklı olduğu için, çeşitli organik sıvılar kullanılarak farklı sıcaklıklarda enerji elde edilebilir.

Kalina Çevrimi

Kalina çevrimi, sıcak su veya gazlardan etkilenen çevre dostu bir çözümdür. Bu çevrim, düşük sıcaklıkta atık ısıyı işe yarar hale getirmek için kullanılabilir. Kalina çevriminde, çevrimde kullanılan amonyak su çözeltisi, Rankine çevriminde kullanılan su yerine kullanılır. Çözelti, ısı kaynağındaki buharlaştırıcıda ısıtılır, ardından türbinde genişler ve jeneratörü döndürmek için çalışır. Çevrim, atık ısıyı kullanarak elektrik üretimine yardımcı olur ve aynı zamanda daha az enerji tüketilmesine yol açarak enerji tasarrufu sağlar.

Brayton Çevrimi

Brayton çevrimi, havadan gaz kullanarak çalışır ve içinde jet motorları ve gaz türbinleri gibi çeşitli endüstriyel uygulamalar için kullanılır. Bu çevrim, izentropik genişleme, sabit basınçta ısı transferi ve izentropik sıkıştırma adımlarından oluşur. İlk adım olan izentropik genişleme, havadaki gazın hacminin artmasına neden olur. Daha sonra, sabit basınçta ısı transferi adımı, gazın ısı enerjisini bir akışkan üzerinde taşır. Son olarak, izentropik sıkıştırma adımı, havanın yeniden sıkıştırılması ve çevrimin başlangıcına geri dönülmesi ile sonuçlanır.

Bu çevrim, birçok endüstriyel uygulamada kullanılmasının yanı sıra enerji üretiminde de önemli bir rol oynar. Güç santrallerinin çoğunda gaz türbinli teçhizat, bu çevrime dayanır. Bunlar arasında doğal gaz, biyogaz ve hidrolik fracturing ile açığa çıkan doğal gaz da bulunur. Bununla birlikte, yüksek sıcaklıkta çalışması nedeniyle, materyallerin sıcaklığa dayanıklı hale getirilmesi gerekir ve bu da yüksek maliyetli bir işlemdir.