حاسبة كفاءة دورة رانكين

دورة رانكين هي عملية ديناميكية حرارية تُستخدم في محطات الطاقة البخارية لتحويل الطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي، والذي يمكن تحويله بعد ذلك إلى كهرباء. وهي جزء أساسي من تقنيات توليد الطاقة الحديثة، مما يؤكد أهمية الكفاءة في عمليات تحويل الطاقة.

الخلفية التاريخية

طُورت دورة رانكين على يد المهندس الاسكتلندي ويليام جون ماكورن رانكين في القرن التاسع عشر. وقد حسّنت كفاءة محركات البخار الموجودة في ذلك الوقت، مما أدى إلى توليد طاقة أكثر كفاءة وفعالية.

صيغة الحساب

تُحسب كفاءة دورة رانكين (Erank) باستخدام الصيغة التالية:

\[ E_{\text{rank}} = \frac{(h_2 - h_3) - (h_1 - h_4)}{h_2 - h_1} \times 100 \]

حيث:

• (h2 - h3) يمثل الحرارة المضافة في المرجل،
• (h1 - h4) يمثل الحرارة المُرفوضة في المكثف،
• (h2 - h1) يمثل الشغل الصافي المبذول.

مثال على الحساب

مثال 1:

بافتراض:

• (h2 - h3) (جول) = 30
• (h1 - h4) (جول) = 20
• (h2 - h1) (جول) = 15

تُحسب كفاءة دورة رانكين كما يلي:

\[ E_{\text{rank}} = \frac{(30 - 20)}{15} \times 100 = 66.66\% \]

مثال 2:

بافتراض:

• (h2 - h3) (جول) = 40
• (h1 - h4) (جول) = 5
• (h2 - h1) (جول) = 100

كفاءة دورة رانكين هي:

\[ E_{\text{rank}} = \frac{(40 - 5)}{100} \times 100 = 35\% \]

أهمية ودواعي الاستخدام

تُعد الكفاءة في دورة رانكين أمرًا حيويًا لتحسين أداء محطات الطاقة واستدامتها البيئية. فهي تساعد في تقليل استهلاك الوقود والحد من الانبعاثات، مما يجعل إنتاج الطاقة أكثر اقتصادا وصداقة للبيئة.

الأسئلة الشائعة

1. ما هو استخدام دورة رانكين؟

   • تُستخدم بشكل أساسي في أنظمة توليد الطاقة، خاصة في التوربينات البخارية، لتحويل الحرارة إلى شغل بكفاءة.

2. كيف يمكن تحسين كفاءة دورة رانكين؟

   • يمكن تحسين الكفاءة عن طريق زيادة درجة الحرارة التي تُضاف عندها الحرارة أو عن طريق تقليل درجة الحرارة التي تُرفض عندها الحرارة المهدرة.

3. لماذا تُعد دورة رانكين مهمة في إنتاج الطاقة؟

   • إنها توفر أساسًا لعملية توليد الطاقة الحرارية، مما يسمح بالتحويل الفعال للطاقة الحرارية إلى شغل ميكانيكي وكهرباء.

تساعد هذه الآلة الحاسبة في فهم تعقيدات الكفاءة الحرارية في توليد الطاقة، وتعمل كأداة تعليمية للطلاب والمهندسين والمهنيين في قطاع الطاقة.