Termodinamik Yazıları (On Thermodynamics) Taner Derbentli
Bu sayfada termodinamikle ilgili kısa yazılarımı bulacaksınız.
(On this page you will find short articles that I will write on thermodynamics)
Rankine Çevrimi Rankine Cycle


Termodinamikte güç çevrimleri, buharlı güç çevrimleri ve gaz akışkanlı güç çevrimleri olarak ikiye ayrılırlar. Otto, Diesel, Brayton, Stirling ve Ericsson çevrimleri başlıca gaz akışkanlı (havalı) güç çevrimleridir. Bu çevrimlerde aracı akışkan hep gaz fazındadır. Bu çevrimlerde gazın basıncı en fazla 2 MPa, sıcaklığı ise 1800 K dolaylarındadır. Temel buharlı güç çevrimi ise Rankine çevrimidir. Aracı akışkan genellikle sudur ve çevrim sırasında sıvıdan buhara, buhardan sıvıya dönüşür. Çevrim sırasında basınç 20 MPa, sıcaklık ise 850 K ne kadar yükselebilir. Güneş enerjisi veya jeotermal enerjiyle çalışan organik Rankine çevrimlerinde kullanılan akışkan genellikle pentan gibi organik bir akışkandır, çevrim sırasında akışkanın basınç ve sıcaklık üst sınırları 2 MPa ve 500 K dolaylarındadır. Aslında bir ters Rankine çevrimi olan soğutma çevrimi ise buzdolaplarında ve endüstriyel soğutucularda yaygın olarak kullanılır.
Bugün dünyadaki elektrik üretiminin büyük bir bölümü termik santrallarda gerçekleşir. Termik santralların çoğu ise buhar türbinli santrallardan, nükleer santrallardan veya gaz ve buhar türbinlerinin birlikte kullanıldığı bileşik çevrim santrallarından oluşur. Her üç güç santralı da Rankine çevrimine dayanır. Rankine çevrimi aracı akışkanın (suyun) buharlaştırıldığı bir kazan veya ısı değiştiricisi, buharın genişlemesi sonucu ısıl enerjinin işe (elektriğe) dönüştüğü bir buhar türbini, buharın yeniden sıvıya dönüştüğü bir yoğuşturucu ve suyun basıncının yükseltildiği bir pompadan oluşur. Temelde bir ısı makinası olan Rankine çevriminin verimi, başka bir deyişle üretilen gücün sağlanan ısıl güce oranı, türbin giriş sıcaklığı ile yoğuşturucu sıcaklığına doğrudan bağlıdır ve %30 dolaylarındadır. Çevrim verimini artırmak için ara buhar alma, ara ısıtma gibi yollara başvurulabilir. Rankine çevriminde, çevrime sağlanan ısıl güç kazanda kömür, doğal gaz ve benzer başka yakıtlar (örneğin katı atıklar) yakılarak, ya da nükleer tepkime sonucunda açığa çıkan ısıdan, jeotermal enerjiden, güneş enerjisinden yararlanarak sağlanır. Yakıt çeşitliliği Rankine çevrimine dayalı santralların bir üstünlüğüdür.
Rankine çevrimi adını İskoç bilim adamı William John Macquorn Rankine den almaktadır. Rankine, 1820 1872 yılları arasında yaşamış bir İskoç mühendis, fizikçi ve matematikçidir. Termodinamik bilim alanında öncü çalışmalar yapmıştır. Rankine, buhar makinası ve aslında tüm ısı makinalarının teorisini geliştiren öncü bilim insanlarından biridir. Mühendislik üzerine 1850-1860 yıllarında yazdığı el kitapları yayımlandıktan sonra yıllarca kullanılmıştır. Gençlik yıllarında çok değişik ilgi alanları olmuştur. Bunların arasında botanik, müzik teorisi ve sayılar teorisi sayılabilir. Amatör besteci, piyanist ve usta bir viyolonselci olan Rankine, Edinburgh da doğmuş, Glasgow da ölmüş ve hiç evlenmemiştir.
(22 Eylül 2018)


Power cycles in thermodynamics are classified into two groups as vapour power cycles and gas power
cycles. Otto, Diesel, Brayton, Stirling and Ericsson cycles are the principal gas (air) power cycles.
The working fluid in these cycles is in the gas phase throughout the cycle. The pressure of the gas
is at most 2 MPa and its maximum temperature is around 1800 K during the cycle. The principal vapour
power cycle is the Rankine cycle. The working fluid is generally water and it changes from liquid to
vapour and back during the cycle. The pressure of the working fluid may be as high as 20 MPa and 850 K
in the cycle. In organic Rankine cycles which utilize solar or geothermal energy and use an organic
fluid such as pentane, the pressure and temperature of the working fluid are at most 2 MPa and 500 K
during the cycle. The refrigerating cycle which actually is a reversed Rankine cycle is used widely
in household and industrial refrigerators.
The major portion of the electric production in the world today is realized in thermal power plants. Thermal power plants are comprised of steam turbine plants, nuclear plants or combined cycle plants which use gas and steam turbines in combination. Rankine cycle forms the basis of these three power plants. Rankine cycle is comprised of a boiler (heat exchanger) where the working fluid (water) is vaporized, a turbine where the steam expands and converts thermal energy to work (electricity), a condenser where the steam becomes liquid again and a pump which increases the pressure of the working fluid. Rankine cycle is a heat engine in essence. Its efficiency, in other words the ratio of power produced to the thermal power supplied, is directly related to the turbine entry and condenser temperatures; and is around 30%. One may resort to feedwater heating and reheat to increase the efficiency of the cycle. In the Rankine cycle the thermal power is supplied by burning coal, natural gas or similar fuels (for example solid wastes), by utilizing the heat released when a nuclear reaction occurs, by geothermal energy or by solar energy. Variety of fuels that may be used is one of the advantages of power plants based on the Rankine cycle.
Rankine cycle is named after the Scottish scientist William John Macquorn Rankine. Rankine, who lived between 1820 and 1872 was an engineer, physicist and mathematician. He made some pioneering studies in thermodynamics. Rankine actually was one of the primary scientists who developed the theory of steam and other heat engines. The books and pamphlets that he wrote between 1850 and 1860 were used for many years afterwards. He took interest in many areas in his youth. Among these were botanics, music theory and number theory. He was an amateur composer, a master pianist and cellist. He was born in Edinburgh and died in Glasgow and was never married.
(September 22, 2018)