La eficiencia de los motores térmicos. La eficiencia de un motor térmico – Fórmula

realidades modernas requieren motores térmicos amplia operación. Los numerosos intentos de sustituirlos por motores eléctricos mientras experimentar un fallo. Los problemas asociados con la acumulación de poder en los sistemas autónomos, se resuelven con gran dificultad.

Aún problemas relevantes de la fabricación de la tecnología de baterías de potencia en función de su uso a largo plazo. características de velocidad de los vehículos eléctricos están lejos de los de los coches, motores de combustión interna.

Los primeros pasos en la creación de motores híbridos pueden reducir significativamente las emisiones nocivas en las áreas metropolitanas, la solución de problemas ambientales.

Un poco de historia

La posibilidad de transformación de la energía del vapor en energía cinética ha sido conocido desde la antigüedad. 130 aC: Filósofo Geron Aleksandriysky presentó a la audiencia vapor de juguete – eolipil. Esfera lleno de vapor, entró en rotación bajo la influencia que emana de sus aviones. no se encuentra este prototipo de la turbina de vapor moderna en el momento de la aplicación.

Durante muchos años el desarrollo y filósofo del siglo se consideró que un juguete divertido. En 1629 el italiano D. Branca creó una turbina proactivo. Parejas ponen en movimiento el disco provisto de cuchillas.

A partir de ese momento se inició el rápido desarrollo de las máquinas de vapor.

motor térmico

La transformación de la energía interna de combustible en la energía del movimiento de piezas de máquinas y mecanismos utilizados en motores térmicos.

Principales partes de máquinas: un calentador (sistema de recepción de energía desde el exterior), el cuerpo de trabajo (realiza un efecto beneficioso), refrigerador.

El calentador está diseñado para el fluido de trabajo que se acumule stock suficiente de la energía interna para el trabajo útil. Nevera quita el exceso de energía.

La principal característica de la eficiencia se llama la eficiencia de los motores térmicos. Esta cantidad muestra qué parte de la energía que se gasta en calentar la pasó a realizar un trabajo útil. Cuanto mayor sea la eficiencia, la operación ventajosa de la máquina, pero este valor no puede exceder 100%.

El cálculo de la eficiencia

Deje calentador de energía adquirida externamente igual a Q _1. Herramientas cuerpo comprometido trabajo A, mientras que el refrigerador dada de energía fue Q _2.

Sobre la base de la determinación, se calcula el valor de eficiencia:

η = A / Q _1. Suponemos que A = Q ₁ – Q _2.

Por lo tanto la eficiencia del motor térmico, la fórmula de los cuales está dada por η = (Q ₁ – Q ₂₎ / Q ₁ = 1 – Q ₂ / Q _1, permite las siguientes conclusiones:

• La eficiencia no puede exceder de 1 (o 100%);
• para maximizar esta cantidad debe aumentar, ya sea en la energía obtenida de un calentador, o una disminución de la energía dada refrigerador;
• el aumento de la potencia del calentador lograr un cambio de la calidad del combustible;
• reducir la energía, da el refrigerador, deje de alcanzar las características de diseño de los motores.

Un motor térmico ideales

Es la creación de un motor de este tipo es posible, la eficiencia de lo que sería el máximo (en un ideal – igual a 100%)? Encuentra la respuesta a esta pregunta intentado físico francés y un ingeniero con talento Sadi Carnot. En 1824 se publicaron sus cálculos teóricos acerca de los procesos que ocurren en los gases.

La idea básica incorporada en la máquina ideal puede considerarse procesos reversibles con la conducta de los gases ideales. A partir de la expansión de la isotérmicamente gas a la temperatura T _1. La cantidad de calor necesaria para este fin, – Q _1. Después gas sin expandir de calor (un proceso adiabático). Después de alcanzar la temperatura T _2, el gas se comprime isotérmicamente pasando el refrigerador energía Q _2. retorno de gas a su estado original se realiza adiabáticamente.

La eficiencia de un motor de ideales de calor de Carnot con el cálculo exacto es la relación de la diferencia de temperatura entre el dispositivo de calentamiento y enfriamiento a una temperatura, que tiene un calentador. Parece que este: η = (T ₁ – T ₂₎ / T _1.

Posible eficiencia térmica de la máquina, que la fórmula tiene la forma: η = 1 – T ₂ / T _1, depende sólo del valor de temperaturas del calentador y enfriador y no puede ser mayor que 100%.

Además, esta relación de uno permite demostrar que la eficiencia de los motores de calor puede ser igual a la unidad sólo cuando el refrigerador cero absoluto de temperatura. Como se sabe, este valor es inalcanzable.

Los cálculos teóricos Carnot permiten determinar la eficiencia máxima de un motor térmico de cualquier diseño.

El teorema de Carnot probada es la siguiente. motor térmico arbitraria bajo ninguna circunstancia capaz de tener mayor eficiencia que los mismos valores de una eficiencia ideales motor térmico.

Un ejemplo de resolución de problemas

Ejemplo 1. ¿Qué eficiencia de un motor térmico ideales, cuando la temperatura del calentador es de 800 C y ^la temperatura de la nevera 500 ^C por debajo de?

T ₁ = 800 ^{° C} = 1.073 K, Delta T = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

solución:

Por definición: η = (T ₁ – T ₂₎ / T _1.

No nos dieron temperatura del refrigerador, pero Delta T = (T ₁ – T _2), por lo tanto:

η =? T / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Respuesta: eficiencia = 46%.

Ejemplo 2. Determinación de la eficiencia de un motor térmico ideal, si debido a la energía adquirida calentador uno kilojulios realiza un trabajo útil 650 J. ¿Cuál es la temperatura del calentador del motor térmico si la temperatura del refrigerante -. 400 K?

Q ₁ = 1 kJ = 1000 J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η – ?, T ₁ =?

solución:

En esta tarea, es una instalación térmica, la eficiencia de la que se puede calcular por la fórmula:

η = A / Q _1.

Para determinar la temperatura del calentador usando eficiencia fórmula de un motor de calor ideal:

η = (T ₁ – T ₂₎ / T ₁ = 1 – T ₂ / T _1.

Realización de transformaciones matemáticas, obtenemos:

T ₁ = T ₂ / (1- η).

T ₁ = T ₂ / (1- A / Q _1).

Calculamos:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T = 400 K ₁ / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Respuesta: η = 65%, T ₁ = 1142,8 K.

condiciones reales

Un motor térmico ideales diseñado con los procesos ideales. El trabajo se lleva a cabo únicamente en los procesos isotérmicos, se define como el área delimitada por el gráfico del ciclo de Carnot.

De hecho, para crear las condiciones para el flujo de los cambios de estado de gas en el proceso, sin el acompañamiento de los cambios de temperatura no puede ser. No hay tales materiales, lo que excluye el intercambio de calor con los objetos que lo rodean. proceso adiabático se hace imposible llevar a cabo. En el caso de la temperatura del gas de intercambio de calor debe cambiar necesariamente.

La eficiencia de las máquinas térmicas creadas en condiciones reales difieren significativamente de la eficiencia ideal de motores. Tenga en cuenta que el flujo de procesos en los motores reales ocurre tan rápido que la variación de la energía térmica interna de sustancia de trabajo en el proceso de cambiar su volumen no puede ser compensado por afluencia de cantidad de calor de un calentador y un retorno más frío.

Otros motores térmicos

verdaderos motores operan en diferentes ciclos:

• ciclo Otto proceso de volumen constante con el cambio adiabático, creando un bucle cerrado;
• isobara ciclo Diesel, adiabático, isochore, adiabático;
• una turbina de gas: proceso que ocurre a presión constante, adiabático sustituye cierra el bucle.

Crear procesos de equilibrio en los motores reales (para acercarlos al ideal) en la tecnología moderna no es posible. La eficiencia de los motores de calor es significativamente menor, incluso con las mismas condiciones de temperatura como en el ajuste de calor ideal.

Pero no es necesario reducir la eficiencia fórmula de cálculo función del ciclo de Carnot, como lo es, se convierte en un punto de referencia en el proceso de mejorar la eficiencia de los motores reales.

Maneras de cambiar la eficiencia

A través de la comparación de las máquinas térmicas ideales y reales, hay que señalar que la última temperatura del refrigerador no puede ser arbitraria. Por lo general, refrigerador creen la atmósfera. Para tomar la temperatura de la atmósfera puede cálculos sólo aproximados. La experiencia muestra que la temperatura del refrigerante es el gas de escape en los motores, como sucede en los motores de combustión interna (abreviado como DVS).

DIC – el más común en el mundo del motor térmico. motor térmico eficiencia en este caso depende de la temperatura creada por la quema de combustible. La diferencia esencial de las máquinas de vapor DIC es las funciones del calentador de fusión y el cuerpo del dispositivo operativo en una mezcla de aire-combustible. La quema de mezcla crea una presión sobre las partes móviles del motor.

El aumento de la temperatura del gas de trabajo se consigue, cambiar significativamente las propiedades del combustible. Por desgracia, es imposible de hacer sin límite. Cualquier material de construcción de la cámara de combustión del motor tiene su punto de fusión. La resistencia térmica de dichos materiales – la característica básica del motor, así como para afectar significativamente la eficiencia.

la eficiencia del motor Valores

Si consideramos la turbina de vapor, la temperatura de la entrada de vapor de trabajo que es igual a 800 K, y el gas de escape – 300 K, la eficiencia de la máquina es igual a 62%. En realidad, sin embargo, este valor no supere el 40%. Esta reducción se produce debido a la pérdida de calor durante la carcasa de calefacción turbina.

El valor más alto de la eficiencia de los motores de combustión interna no exceda de 44%. Al aumentar este valor – la cuestión de un futuro próximo. Cambio de las propiedades de los materiales, combustible – este es un problema sobre el cual emplea las mejores mentes de la humanidad.