A operação de muitos tipos de máquinas é caracterizada por um indicador tão importante quanto a eficiência de uma máquina térmica. Todos os anos, os engenheiros se esforçam para criar equipamentos mais avançados que, com custos de combustível mais baixos, dariam o máximo resultado de seu uso.
Dispositivo de motor térmico
Antes de entender o que é eficiência, é necessário entender como esse mecanismo funciona. Sem conhecer os princípios de sua ação, é impossível descobrir a essência desse indicador. Uma máquina térmica é um dispositivo que funciona usando energia interna. Qualquer máquina térmica que converte energia térmica em energia mecânica usa a expansão térmica de substâncias com o aumento da temperatura. Nos motores de estado sólido, é possível não apenas alterar o volume da matéria, mas também a forma do corpo. A operação de tal motor está sujeita às leis da termodinâmica.
Princípio de funcionamento
Para entender como funciona uma máquina térmica, é necessário considerar o básicoseus desenhos. Para o funcionamento do dispositivo, são necessários dois corpos: quente (aquecedor) e frio (geladeira, refrigerador). O princípio de funcionamento dos motores térmicos (a eficiência dos motores térmicos) depende do seu tipo. Muitas vezes, o condensador de vapor atua como um refrigerador, e qualquer tipo de combustível que queima no forno atua como um aquecedor. A eficiência de uma máquina térmica ideal é determinada pela seguinte fórmula:
Eficiência=(Teatro - Resfriamento)/Teatro. x 100%.
Ao mesmo tempo, a eficiência de um motor real nunca pode exceder o valor obtido de acordo com esta fórmula. Além disso, este indicador nunca excederá o valor acima. Para aumentar a eficiência, na maioria das vezes, aumente a temperatura do aquecedor e reduza a temperatura da geladeira. Ambos os processos serão limitados pelas condições reais de operação do equipamento.
Eficiência do motor térmico (fórmula)
Durante a operação de uma máquina térmica, o trabalho é realizado, pois o gás começa a perder energia e esfria até uma certa temperatura. Este último é geralmente alguns graus acima da atmosfera circundante. Esta é a temperatura do refrigerador. Tal dispositivo especial é projetado para resfriamento com condensação subsequente do vapor de exaustão. Onde há condensadores, a temperatura do refrigerador às vezes é menor que a temperatura ambiente.
Em uma máquina térmica, o corpo, quando aquecido e expandido, não é capaz de fornecer toda a sua energia interna para realizar trabalho. Parte do calor será transferido para o refrigerador junto com os gases de exaustão ou vapor. Esta partea energia térmica interna é inevitavelmente perdida. Durante a combustão do combustível, o corpo de trabalho recebe uma certa quantidade de calor Q1 do aquecedor. Ao mesmo tempo, ainda realiza o trabalho A, durante o qual transfere parte da energia térmica para o refrigerador: Q2<Q1.
EFFICIENCY caracteriza a eficiência do motor no campo da conversão de energia e transmissão. Este indicador é frequentemente medido como uma porcentagem. Fórmula de Eficiência:
ηA/Qx100%, onde Q é a energia gasta, A é o trabalho útil.
Com base na lei da conservação da energia, podemos concluir que a eficiência será sempre menor que um. Em outras palavras, nunca haverá trabalho mais útil do que a energia gasta nele.
Eficiência do motor é a razão entre o trabalho útil e a energia fornecida pelo aquecedor. Pode ser representado pela seguinte fórmula:
η=(Q1-Q2)/ Q1, onde Q 1 - calor recebido do aquecedor, e Q2 - fornecido ao refrigerador.
Operação do motor térmico
O trabalho realizado por uma máquina térmica é calculado usando a seguinte fórmula:
A=|QH| - |QX|, onde A é trabalho, QH é a quantidade de calor recebida do aquecedor, QX - a quantidade de calor fornecida ao refrigerador.
Eficiência do motor térmico (fórmula):
|QH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
É igual à razão entre o trabalho realizado pelo motor e a quantidade decordialidade. Parte da energia térmica é perdida durante esta transferência.
Motor de Carnot
A eficiência máxima de uma máquina térmica é anotada no dispositivo de Carnot. Isso se deve ao fato de que neste sistema depende apenas da temperatura absoluta do aquecedor (Тн) e do resfriador (Тх). A eficiência de uma máquina térmica operando de acordo com o ciclo de Carnot é determinada pela seguinte fórmula:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
As leis da termodinâmica nos permitiram calcular a máxima eficiência possível. Pela primeira vez este indicador foi calculado pelo cientista e engenheiro francês Sadi Carnot. Ele inventou um motor térmico que funcionava com gás ideal. Funciona em um ciclo de 2 isotérmicas e 2 adiabats. O princípio de sua operação é bastante simples: um contato do aquecedor é levado ao recipiente com gás, como resultado do qual o fluido de trabalho se expande isotermicamente. Ao mesmo tempo, funciona e recebe uma certa quantidade de calor. Depois que o vaso é isolado termicamente. Apesar disso, o gás continua a se expandir, mas já de forma adiabática (sem troca de calor com o meio ambiente). Neste momento, sua temperatura cai para a geladeira. Neste momento, o gás está em contato com o refrigerador, pelo que fornece uma certa quantidade de calor durante a compressão isométrica. Em seguida, o recipiente é isolado termicamente novamente. Neste caso, o gás é comprimido adiabaticamente até seu volume e estado original.
Variedades
Em nosso tempo, existem muitos tipos de motores térmicos que operam com diferentes princípios e com diferentes combustíveis. Todos eles têm sua própria eficiência. Esses incluemo seguinte:
• Motor de combustão interna (pistão), que é um mecanismo onde parte da energia química do combustível queimado é convertida em energia mecânica. Tais dispositivos podem ser gasosos e líquidos. Existem motores de 2 tempos e 4 tempos. Eles podem ter um ciclo de trabalho contínuo. De acordo com o método de preparação de uma mistura de combustível, esses motores são carburador (com formação de mistura externa) e diesel (com interno). De acordo com os tipos de conversores de energia, eles são divididos em pistão, jato, turbina, combinado. A eficiência de tais máquinas não excede 0,5.
• Motor Stirling - um dispositivo no qual o fluido de trabalho está em um espaço fechado. É uma espécie de motor de combustão externa. O princípio do seu funcionamento baseia-se no arrefecimento/aquecimento periódico do corpo com a produção de energia devido à alteração do seu volume. É um dos motores mais eficientes.
• Motor de turbina (rotativo) com combustão externa de combustível. Tais instalações são mais frequentemente encontradas em usinas termelétricas.
• Turbina (rotativa) O ICE é usado em usinas termelétricas em modo de pico. Não tão comum quanto os outros.
• Um motor turboélice gera parte do empuxo devido à hélice. O resto vem dos gases de escape. Seu projeto é um motor rotativo (turbina a gás), no eixo do qual é montada uma hélice.
Outros tipos de motores térmicos
• Motores de foguete, turbojato e jato que são impulsionados pelo recuogases de escape.
• Os motores de estado sólido usam sólidos como combustível. Ao trabalhar, não é o seu volume que muda, mas a sua forma. A operação do equipamento utiliza uma diferença de temperatura extremamente baixa.
Como melhorar a eficiência
É possível aumentar a eficiência de uma máquina térmica? A resposta deve ser buscada na termodinâmica. Estuda as transformações mútuas de diferentes tipos de energia. Foi estabelecido que é impossível converter toda a energia térmica disponível em elétrica, mecânica, etc. Ao mesmo tempo, sua conversão em energia térmica ocorre sem restrições. Isso é possível devido ao fato de que a natureza da energia térmica é baseada no movimento desordenado (caótico) das partículas.
Quanto mais o corpo aquece, mais rápido as moléculas que o compõem se movem. O movimento das partículas se tornará ainda mais errático. Junto com isso, todos sabem que a ordem pode facilmente se transformar em caos, o que é muito difícil de ordenar.
