منصة الرسائل والاطاريح: تحليل الطاقة والمتاحية لتشكيلات مختلفة من دورة كالينا

الخلاصة

تم في هذا البحث دراسة نظرية وعملية لتحليل الطاقة والمتاحية لأنواع مختلفة من دورة كالينا. دورة كالينا دورة حرارية تستخدم لأنتاج الطاقة الكهربائية والتبريد . حيث أُستخدمت دورة كالينا البسيطة والمحسنة . اما مائع العمل هو خليط من الامونيا والماء. المصدر الخارجي للطاقة هو غازات العادم من مرجل بخاري موجود في جامعة بابل/كلية الالهندسة الميكانيكية/مختبرالموائع . حيث تم قياس درجة حرارة الغازات العادمة بواسطة مزدوج حراري وحساب التصريف اللكتلي بواسطة معادلة الأحتراق القياسية وكانت 175 مئوية و122.3 كغم بالساعة. تم في هذه الدراسة تحسين وتطوير دورة كالينا البسيطة الى دورة كالينا المحسنة الأولى وذلك بإضافة مبادل حراري بين الفرازة والمضخة لكي يقوم باسترداد جزء من الحرارة التي سوف تطرح الى المحيط. وبعدها تم تطوير دورة كالينا المحسنة الأولى الى دورة كالينا المحسنة الثانية وذلك بإضافة مبادل حراري ثاني بين العنفة والمضخة لأسترداد جزء من الحرارة التي ستطرح الى المحيط. وتنقسم هذه الدراسة الى قسمين نظري وعملي. القسم النظري يدرس تأثير تغيير العوامل مثل الضغوط والتراكيز على أداء الدورات الثلاث واما العملي يدرس تأثير نفس العوامل على أداء دورة كالينا المحسنة الأولى ويقارن بين النتائج النظرية والعملية. حيث تم دراسة تأثير المتغيرات التالية وهي الضغط الأعظم والضغط الأدنى ونسبة تركيزالأمونيا ونسبة الجفاف على أداء دورة كالينا (الكفاءة الحرارية والطاقة الصافية وكفاءة القانون الثاني والخسائرللدورة كاملة ولكل جزء من أجزاء الدورة). يُدرس تأثير المتغيرات مثل الضغط الأعظم من 20 بار الى 40 بار لكل خطوة 5بار. والضغط االأدنى 2بار, 3بار, 4بار واما نسبة تركيز الأمونيا من 0.85 الى 0.89 لكل خطوة 0.01 وكذلك نسبة الجفاف 0.2, 0.3 0.4 . العلاقة بين نسبة تركيز الامونيا والتدفق الكتلي علاقة طردية أي كلما زاد تركيز الامونيا زاد التدفق الكتلي وبالعكس. العلاقه بين الضغط الأعلى في الدورة والتدفق الكتلي عكسية كلما قل التدفق الكتلي ازداد الضغط الأعلى في الدوره. في البداية دُرس تأثير نسبة الجفاف نظرياً على أداء الدورات الثلاث وكان السلوك متشابهاً في الدورات الثلاث. كلما زادت نسبة الجفاف زادت الكفاءة الحراريه الى 0.3 وبعدها كلما زادت نسبة الجفاف قلت الكفاءة الحاارية. وعلى هذا الأساس أُعتمدت قيمة نسبة الجفاف هي 0.3 وكانت قيمة الكفاءة الحرارية لدورة كالينا البسيطة ودورة كالينا المحسنة الأولى ودورة كالينا المحسنة الثانية هي 9.44%, 14.23%, 23.53% على التوالي. ومن ثم تم دراسة تأثير نسة الجفاف على صافي القدرة وكانت النتيجة كلما زادت نسبة الجفاف قلت القدرة الصافية وكانت قيمة القدرة الصافية للدورات الثلاث هي 0.26 كيلوواط, 0.29 كيلوواط, 0.38كيلوواط على التوالي. وكانت قيمة كفاءة القانون الثاني هي 24.2%, 30.2%, 59.06% على التوالي. وتم دراسة تأثير تغيير تركيز الامونيا على أداء الدورات الثلاثة وكانت النتائج كالاَتي:- 1-كلما ازاد تركيز الامونيا قلت الكفاءة الحرارية وذلك بسبب زيادة التدفق الكتلي. مثلا الكفاءة عند تركيز 0.86 اقل من الكفاءة الحرارية عند تركيز0.85 لان التدفق الكتلي عند 0.86 هو0.009521 كغم/ثا بينما التدفق الكتلي للتركيز0.85 هو 0.009324 كغم/ثا. الكفاءة الحرارية عند تركيز 0.86 هي 12.9% وعند تركيز 0.85 هي 13.1%. كلما زاد تركيز الامونيا تقل كفاءة القانون الثاني لنفس السبب. كفاءة القانون الثاني عند تركيز امونيا 0.86 هي 26% وعند تركيز 0.85 هي 28.5%. 2-كلما زاد تركيز الامونيا زادت القدرة الصافية فمثلاً القدرة الصافية عند تركيز امونيا 0.86 هي 0.31 كيلوواط وعند تركيز امونيا0.85 هي 0.29 كيلوواط. وكذلك كلما زاد تركيز الامونيا زادت الخسائر بسبب زيادة تركيز الامونيا التي لاتحتاج الى حرارة عالية لتسخينها لذلك تذهب بقية طاقة المرجل الى خسائر. وتم أيضا دراسة تأثير الضغط الأعلى على أداء الدورات الثلاثه 1-كلما زاد الضغط الآعلى زادت الكفاءة الحرارية الى ضغط35 بار وبعدها كلما زاد الضغط تقل الكفاءة, الكفاءة الحرارية تعتمد على القدرة الصافية والحرارة التي ياخذها مائع العمل من المرجل, ان تغير المحتوى الحراري عبر العنفة والمرجل يزداد ولكن يزداد عبر المرجل اكبر من زيادته عبر العنفه اضف الى ذلك نقصان التدفق الكتلي وهذا هو العامل المهم في نقصان الكفاءة الحراريه. وايضاً كلما زاد الضغط الأعلى تقل القدرة الصافيه فمثلاً القدرة عند ضغط 20 بارهي 0.394 كيلوواط اما عند ضغط 25 بار هي 0.391 كيلوواط. وكلما زاد الضغط الأعلى قلت كفاءة القانون الثاني وهي نفس سلوك الكفاءة الحرارية وكذلك كلما زاد الضغط الأعلى زادت الخسائر. وكذلك تمت دراسة تأثير الضغط الأدنى على أداء الدورات الثلاث كلما زاد الضغط االادنى قلت الكفاءة الحرارية وقلت القدرة الصافية وكذلك تقل كفاءة القانون الثاني وتزداد الخسائر لذلك احسن ظروف هي عند ضغط ادنى 2 بار. تمت دراسة الخسائر في الدورات الثلاث ووجد بان اكثر الدورات خسائر هي دورة كالينا البسيطة 0.81 كيلوواط ويليها دورة كالينا المحسنة الأولى 0.667 كيلوواط ويليها دورة كالينا المحسنة الثانية 0.261 كيلوواط. وتكون دورة كالينا المحسنة الثانية هي اقل خسائر لانها تحتوي على مبادلين حراريين لاسترداد الطاقة المهدورة بينما دورة كالينا المحسنة الأولى تحتوي على مبادل حراري واحد واما دورة كالينا البسيطه تطرح الكثير من الطاقة الى المحيط. ومن خلال ماتقدم من دراسة نظرية على الدورات الثلاث هي دورة كالينا البسيطة ودورة كالينا المحسنة الأولى ودورة كالينا المحسنة الثانية. وجد بان اعلى كفاءءة حرارية وقدرة وكفاءة القانون الثاني واقل خسائر هي دورة كالينا المحسنة الثانية. وكذلك احسن الظروف هي ضغط اعلى 35 بار وضغط ادنى 2 بار ونسبة جفاف 0.3 وتركيز الامونيا 0.85. وكذلك تمت دراسة عملية على دورة كالينا المحسنة الأولى وتنفيذها عمليا وتمت دراسة تاثير الضغط الأعلى والضغط الأدنى و تركيزالامونيا على أداء دورة كالينا المحسنة الأولى عمليا وكانت النتائج هي نفس السلوك ونفس التاثير على أداء الدورة عند الدراسة النظرية. اما بالنسبة الى بناء وتصميم الدورة معقد جداً لذلك تم بناءها وتصميمها في االاسواق المحلية لذلك تغير مصدر الطاقة الخارجي من غازات عادم المرجل الى مصدركهربائي وذلك بعمل مقاومة حرارية تلف حول انبوبة مصنوعة من الالمنيوم بطول 1.5 متر وقطر داخلي14 ملم وقطرخارجي16 ملم وبسمك 1 ملم. وكذلك حتى نضمن عمل الدورة بانتظام وكذلك تشغيل المرجل باوقات قليلة فقط عند أداء التجارب وكذلك تشغيل المرجل يؤدي للكثير من الانبعاثات والضوضاء وكذلك بناء الدورة يحتاج الى إمكانيات مادية وعملية والجامعة تفتقر اليها لذلك تم بناءها في الأسواق المحلية مقارنة الدراسة النظرية والعملية بالظروف ضغط اعلى 35 بار وضغط ادنى 2بار ونسبة تركيز 0.85 ونسبة جفاف 0.3 وتم مقارنة أداء دورة كالينا المحسنة نظريا وعمليا. بالنسبة الى الكفاءة الحرارية نظريا هي 14.23% واما عمليا هي 13.09% ونسبة الخطا بينهما 8.01%. اما بالنسبة الى القدرة الصافية نظريا 0.289 كيلوواط امما عمليا 0.272 كيلوواط ونسبة الخطا بينهما5.88%. اما بالنسبة الى كفاءة القانون الثاني نظريا 30.24% اما عمليا 28.43% واما نسبة الخطا بينهما 5.99%. اما بالنسبة للخسائر نظريا 0.5239 كيلوواط اما عمليا فتكون الخسائر اكبر 0.581 كيلوواط اما نسبة الخطا 10.899%. وتم دراسة جدوى اقتصادية وذلك من خلال حساب القدرة الصافية التي حصلنا عليها وبنفس الظروف التي تمت بها المقارنة وكانت القدرة الصافية 0.272 كيلوواط ومعدل الجريان الكتلي 0.009324 كغم/ثا. من خلال الحسابات وجد ان الحصول على قدرة صافية 0.272 كيلواط يجب ان نحرق كمية من الوقود 858 كغم سنويا. اما بالنسبة للانبعاثات لكل كيلو غرام من الوقود ينبعث 3.155 كغم من ثاني أوكسيد الكاربون وبالتالي استخدام دورة كالينا المحسنة الأولى عمليا يقلل انبعاثات ثاني أوكسيد الكاربون 2672 كليوغرام سنويا. وعند استخدام دورة كالينا المحسنة الثانية وعند نفس الظروف وكانت القدرة الصافية 0.585 كيلوواط ولاجل الحصول على مثل هذه القدرة الصافيه يجب ان نحصل على طاقه من حرق الوقود ومقدارها 2.34 كيلوواط وكمية الوقود الذي يجب حرقه 1844.9كيلوغرام سنويا ويقلل 5820.5 كيلوغرام سنويا من انبعاثات ثاني أوكسيد الكاربون.