Carnot vs Rankine cycle
מחזור קרנו ומחזור רנקין הם שני מחזורים הנידונים בתרמודינמיקה. אלה נדונים תחת מנועי חום. מנועי חום הם מכשירים או מנגנונים המשמשים להמרת חום לעבודה. מחזור קרנו הוא מחזור תיאורטי, שנותן את היעילות המקסימלית שניתן להשיג על ידי מנוע. מחזור רנקין הוא מחזור מעשי, שניתן להשתמש בו כדי לחשב מנועי חיים אמיתיים. חיוני להבנה נכונה בשני המחזורים הללו כדי להצטיין בתרמודינמיקה ובכל תחום הקשור אליה. במאמר זה, אנו הולכים לדון במה הם מחזור קרנו ומחזור רנקין, ההגדרות שלהם, היישומים שלהם, הדמיון בין מחזור קרנו למחזור רנקין, ולבסוף ההבדל בין מחזור קרנו למחזור רנקין.
מהו מחזור קרנו?
מחזור קרנו הוא מחזור תיאורטי, המתאר מנוע חום. לפני שמסבירים את מחזור קרנו, יש להגדיר כמה מונחים. מקור חום מוגדר כמכשיר בטמפרטורה קבועה, שיספק חום אינסופי. גוף הקירור הוא מכשיר בטמפרטורה קבועה, שיספוג כמות אינסופית של חום מבלי לשנות את הטמפרטורה. המנוע הוא המכשיר או התהליך, הממיר חום ממקור החום לעבודה. מחזור קרנו מורכב מארבעה שלבים.
1. התפשטות איזותרמית הפיכה של הגז - המנוע מחובר תרמית למקור. בשלב זה, הגז המתפשט סופג חום מהמקור ועושה עבודה על הסביבה. הטמפרטורה של הגז נשארת קבועה.
2. התפשטות אדיאבטית הפיכה של הגז - המערכת היא אדיאבטית כלומר אין העברת חום אפשרית. מוציאים את המנוע מהמקור ומבודדים אותו. בשלב זה, הגז אינו סופג כל חום מהמקור. הבוכנה ממשיכה לעשות עבודה על הסביבה.
3. דחיסה איזותרמית הפיכה - המנוע ממוקם על הכיור ומגע תרמית. הגז נדחס כך שהסביבה עושה עבודה על המערכת.
4. דחיסה אדיאבטית הפיכה - המנוע מוצא מהכיור ומבודד. הסביבה ממשיכה לעבוד על המערכת.
במחזור קרנו, סך העבודה שנעשה נתון בהפרש בין העבודה שנעשתה על הסביבה (שלב 1 ו-2) לבין העבודה שנעשתה על ידי הסביבה (שלב 3 ו-4). מחזור קרנו הוא מנוע החום היעיל ביותר בתיאוריה. היעילות של מחזור קרנו תלויה רק בטמפרטורות המקור והכיור.
מהו מחזור Rankine?
מחזור רנקין הוא גם מחזור, הממיר חום לעבודה. מחזור Rankine הוא מחזור בשימוש מעשי למערכות המורכבות מטורבינת אדים. ישנם ארבעה תהליכים עיקריים במחזור Rankine
1. הפעלת נוזל ללחץ גבוה מלחץ נמוך
2. חימום הנוזל בלחץ גבוה לאדים
3. האדים מתרחבים דרך טורבינה מסובבת את הטורבינה, ובכך מייצר כוח
4. האדים מתקררים בחזרה בתוך הקבל.
מה ההבדל בין Carnot Cycle ל-Rankine Cycle?
• מחזור קרנו הוא מחזור תיאורטי ואילו מחזור Rankine הוא מחזור מעשי.
• מחזור קרנו מבטיח את היעילות המרבית בתנאים אידיאליים, אבל מחזור Rankine מבטיח את הפעולה בתנאים אמיתיים.
• היעילות המתקבלת על ידי מחזור Rankine תמיד נמוכה מזו של מחזור Carnot.
