Il lavoro di molti tipi di macchine è caratterizzato da quanto segueun indicatore importante come l'efficienza di un motore termico. Ogni anno gli ingegneri si sforzano di creare una tecnologia più avanzata, che, con un minor consumo di carburante, darebbe il massimo risultato dal suo utilizzo.
Prima di capire cos'è l'efficienza(efficienza), è necessario capire come funziona questo meccanismo. Senza conoscere i principi della sua azione, è impossibile scoprire l'essenza di questo indicatore. Un motore termico è un dispositivo che funziona utilizzando l'energia interna. Qualsiasi motore termico che converte l'energia termica in energia meccanica utilizza l'espansione termica delle sostanze con un aumento della temperatura. Nei motori a stato solido, è possibile non solo modificare il volume della materia, ma anche la forma del corpo. L'azione di un tale motore è soggetta alle leggi della termodinamica.
Per capire come funziona la termicamotore, è necessario considerare le basi del suo design. Affinché il dispositivo funzioni, sono necessari due corpi: caldo (riscaldatore) e freddo (frigorifero, dispositivo di raffreddamento). Il principio di funzionamento dei motori termici (efficienza dei motori termici) dipende dal loro tipo. Spesso, un condensatore di vapore funge da frigorifero e qualsiasi tipo di combustibile che brucia in una fornace è un riscaldatore. L'efficienza di un motore termico ideale si trova dalla seguente formula:
Efficienza = (Riscaldamento - Raffrescamento) / Riscaldamento. x 100%.
In questo caso l'efficienza di un vero motore maipotrà superare il valore ottenuto secondo questa formula. Inoltre, questo indicatore non supererà mai il valore di cui sopra. Per migliorare l'efficienza, molto spesso la temperatura del riscaldatore viene aumentata e la temperatura del frigorifero viene ridotta. Entrambi questi processi saranno limitati dalle condizioni operative effettive dell'apparecchiatura.
Durante il funzionamento del motore termicoil lavoro è fatto, poiché il gas inizia a perdere energia e si raffredda fino a una certa temperatura. Quest'ultimo è solitamente di diversi gradi al di sopra dell'atmosfera circostante. Questa è la temperatura del frigorifero. Un dispositivo così speciale è progettato per il raffreddamento seguito dalla condensazione del vapore di scarico. Dove sono presenti condensatori, la temperatura del frigorifero è talvolta inferiore alla temperatura ambiente.
In un motore termico, il corpo quando riscaldato el'espansione non è in grado di dedicare tutta la sua energia interna per portare a termine il lavoro. Parte del calore verrà trasferita al frigorifero insieme ai gas di scarico o al vapore. Questa parte dell'energia termica interna va inevitabilmente persa. Durante la combustione del carburante, il fluido di lavoro riceve una certa quantità di calore Q dal riscaldatore1... Allo stesso tempo, esegue ancora il lavoro A, durante il quale trasferisce parte dell'energia termica al frigorifero: Q2<Q1.
L'efficienza caratterizza l'efficienza di un motore nella conversione e trasmissione di potenza. Questo indicatore viene spesso misurato come percentuale. Formula di efficienza:
η * A / Qx100%, dove Q - energia spesa, A - lavoro utile.
Sulla base della legge di conservazione dell'energia, possiamo concludere che l'efficienza sarà sempre inferiore all'unità. In altre parole, non ci sarà mai un lavoro più utile dell'energia spesa su di esso.
L'efficienza del motore è il rapporto tra il lavoro utile e l'energia fornita dal riscaldatore. Può essere rappresentato sotto forma di questa formula:
η = (Q1-Q2) / Q1, dove Q1 È il calore ricevuto dal riscaldatore e Q2 - dato al frigorifero.
Il lavoro svolto da un motore termico viene calcolato utilizzando la seguente formula:
A = | QX| - | QCON|, dove A è il lavoro, QX - la quantità di calore ricevuta dal riscaldatore, QCON - la quantità di calore fornita al frigorifero.
Efficienza del motore termico (formula):
| QX| - | QCON|) / | QX| = 1 - | QCON| / | QX|
È uguale al rapporto tra il lavoro svolto dal motore e la quantità di calore ricevuta. Parte dell'energia termica viene persa durante questo trasferimento.
La massima efficienza di un motore termico è osservata aDispositivo di Carnot. Ciò è dovuto al fatto che in questo sistema dipende solo dalla temperatura assoluta del riscaldatore (Tn) e del raffreddatore (Tx). L'efficienza di un motore termico funzionante secondo il ciclo di Carnot è determinata dalla seguente formula:
(Тн - Тх) / Тн = - Тх - Тн.
Oggigiorno esistono molti tipi di motori termici che funzionano con principi e combustibili differenti. Hanno tutti la loro efficienza. Questi includono quanto segue:
• Motore a combustione interna (pistone),che è un meccanismo in cui parte dell'energia chimica del combustibile che brucia viene convertita in energia meccanica. Tali dispositivi possono essere gas e liquidi. Viene fatta una distinzione tra motori a 2 e 4 tempi. Possono avere un ciclo di lavoro continuo. Secondo il metodo di preparazione di una miscela di carburante, tali motori sono carburatore (con formazione di miscela esterna) e diesel (con interno). Secondo i tipi di convertitori di energia, si dividono in pistone, getto, turbina, combinati. L'efficienza di tali macchine non supera 0,5.
• Motore Stirling - un dispositivo in cui funzionail corpo è in uno spazio chiuso. È una specie di motore a combustione esterna. Il suo principio di funzionamento si basa sul raffreddamento / riscaldamento periodico del corpo con la ricezione di energia a causa di una variazione del suo volume. È uno dei motori più efficienti.
• Motore a turbina (rotativo) con combustione esterna del carburante. Tali installazioni si trovano più spesso nelle centrali termiche.
• L'ICE a turbina (rotante) viene utilizzato nelle centrali termiche in modalità di picco. Non comune come gli altri.
• Il motore a turbina a vite, grazie alla vite, creaparte della spinta. Il resto ottiene dai gas di scarico. Il suo design è un motore rotativo (turbina a gas), sul cui albero è montata un'elica ad aria.
• Motori a razzo, turbogetto e jet, che ricevono spinta dal ritorno dei gas di scarico.
• I motori a stato solido utilizzano un solido come carburante. Quando si lavora, non è il suo volume che cambia, ma la sua forma. Quando si utilizza l'apparecchiatura, viene utilizzata una differenza di temperatura estremamente ridotta.
È possibile aumentare l'efficienza di un motore termico?La risposta va cercata nella termodinamica. Studia le mutue trasformazioni di diversi tipi di energia. È stato stabilito che è impossibile convertire tutta l'energia termica disponibile in elettrica, meccanica, ecc. Inoltre, la loro conversione in energia termica avviene senza restrizioni. Ciò è possibile grazie al fatto che la natura dell'energia termica si basa sul movimento disordinato (caotico) delle particelle.
Più il corpo si riscalda, più velocemente lo farannospostare le sue molecole costituenti. Il movimento delle particelle diventerà ancora più caotico. Insieme a questo, tutti sanno che l'ordine può essere facilmente trasformato in caos, che è molto difficile da ordinare.
