A eficiência dos motores térmicos. A eficiência de um motor de calor – Fórmula

realidades modernas exigem motores térmicos ampla operação. Inúmeras tentativas de substituí-los por motores elétricos ao se submeter a falha. Os problemas associados com a acumulação de energia nos sistemas autónomos, são resolvidos com grande dificuldade.

Ainda problemas relevantes de fabricação de tecnologia de bateria de energia com base em seu uso a longo prazo. características de velocidade de veículos elétricos estão longe de ser aqueles em carros, motores de combustão interna.

Os primeiros passos para a criação de motores híbridos pode reduzir significativamente as emissões nocivas nas áreas metropolitanas, resolvendo problemas ambientais.

Um pouco de história

A possibilidade de transformação da energia do vapor em energia cinética é conhecido desde tempos antigos. 130 aC: Filósofo Geron Aleksandriysky apresentado ao brinquedo público vapor – eolipil. Esfera cheia de vapor, entrou em rotação sob a influência que emana de seus jatos. Este protótipo de turbina a vapor moderna no momento da aplicação não for encontrado.

Por muitos anos e desenvolvimento filósofo do século foi considerado apenas um brinquedo divertido. Em 1629 o italiano D. Branca criou uma turbina pró-ativa. Casais colocou em movimento o disco fornecido com lâminas.

A partir desse momento começou o rápido desenvolvimento de motores a vapor.

motor de calor

A transformação da energia interna de combustível para a energia de movimento de peças de máquinas e mecanismos usados em motores de calor.

As peças principais de máquinas: um aquecedor (sistema de recepção de energia a partir do exterior), o corpo de trabalho (executa um efeito benéfico), frigorífico.

O aquecedor é projetado para o fluido de trabalho para acumular estoque suficiente da energia interna para o trabalho útil. Frigorífico tira o excesso de energia.

A principal característica da eficiência é chamado a eficiência dos motores de calor. Esta quantidade mostra que parte da energia gasta no aquecimento do gasto para realizar um trabalho útil. Quanto maior for a eficiência, o funcionamento vantajoso da máquina, mas este valor não pode ser superior a 100%.

Cálculo da eficiência

Vamos aquecedor de energia adquirida externamente igual a Q _1. corpo Ferramentas comprometida trabalho A, enquanto a energia dada geladeira estava Q _2.

Com base na determinação, calculamos o valor da eficiência:

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

Por isso, a eficiência do motor de calor, cuja fórmula é dada por η = (Q ₁ – Q ₂₎ / Q ₁ = 1 – ₂ Q / Q _1, permite as seguintes conclusões:

• A eficiência não pode exceder 1 (ou 100%);
• para maximizar esta quantidade deve aumentar quer na energia obtida a partir de um aquecedor, ou uma diminuição da energia dada refrigerador;
• aumentando o poder aquecedor de conseguir uma mudança da qualidade dos combustíveis;
• reduzir a energia, dá a geladeira, permitem alcançar os recursos de design dos motores.

Uma máquina térmica ideal

É a criação de um tal mecanismo possível, a eficiência do que seria o máximo (em um ideal – igual a 100%)? Encontrar a resposta a esta pergunta tentou físico francês e um engenheiro talentoso Sadi Carnot. Em 1824, os cálculos teóricos sobre os processos que ocorrem nos gases foram libertados.

A idéia básica incorporada na máquina ideal pode ser considerado conduta processos reversíveis com gás ideal. Começando com a expansão do gás isotermicamente a uma temperatura T _1. A quantidade de calor necessária para esta finalidade, – Q _1. Depois gás sem expandir calor (um processo adiabático). Depois de atingir a temperatura T _2, o gás é comprimido isotermicamente pela passagem do refrigerador energia Q _2. retorno de gás ao seu estado original é realizada adiabaticamente.

A eficiência de um motor ideal calor Carnot com o cálculo exacto é a razão entre a diferença de temperatura entre o aquecedor e o dispositivo de arrefecimento a uma temperatura, que tem um aquecedor. Parece que este: η = (T ₁ – T ₂₎ / T _1.

eficiência térmica possível da máquina, que tem a forma fórmula: = 1 η – T ₂ / T _1, depende apenas do valor de aquecedor e mais frias e temperaturas não pode ser maior do que 100%.

Além disso, esta relação permite um para provar que a eficiência de motores de calor pode ser igual à unidade apenas quando o refrigerador do zero absoluto temperatura. Como é sabido, este valor é inatingível.

Cálculos teóricos Carnot permitem determinar a máxima eficiência de um motor térmico de qualquer design.

teorema provado de Carnot é o seguinte. motor de calor arbitrária sob nenhuma circunstância capaz de ter maior eficiência do que os mesmos valores de uma eficiência ideal motor de calor.

Um exemplo de resolução de problemas

EXEMPLO 1. O rendimento de um motor de calor ideal, quando a temperatura do aquecedor é de 800 C e ^a temperatura do refrigerador 500 ^C abaixo?

T ₁ = 800 ^{° C} = 1073 K, AT = 500 ^{° C} = 500 K, η -?

solução:

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

Não foi dada temperatura do frigorífico, mas AT = (T ₁ – T _2), por conseguinte,:

η = AT / T ₁ = 500 K / 1073K = 0,46.

Resposta: eficiência = 46%.

Exemplo 2. Determinar a eficiência de um motor de calor ideal, se devido à energia adquirida aquecedor um quilojoules realizado trabalho útil 650 J. Qual é a temperatura do aquecedor do motor de calor se a temperatura do líquido de arrefecimento -. 400 K?

Q ₁ = 1 = 1,000 kJ J A = 650 J, T ₂ = 400 K, η – ?, T = _1?

solução:

Nesta tarefa, é uma instalação térmica, a eficiência dos quais pode ser calculada pela fórmula:

η = A / Q _1.

Para determinar a temperatura do aquecedor de utilização da eficiência fórmula de um motor de calor ideal:

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

Execução de transformações matemáticas, obtemos:

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.

Resposta: η = 65%, t ₁ = 1142,8 K.

condições reais

Uma máquina térmica ideal projetado com os processos ideais. O trabalho é realizado apenas em processos isotérmicos, que é definida como a área delimitada pelo gráfico do ciclo de Carnot.

Na verdade, para criar as condições para o fluxo de alterações do estado de gás no processo, sem que acompanha alterações na temperatura não pode ser. Nenhum desses materiais, o que excluiria a troca de calor com os objetos ao redor. processo adiabático se torna impossível de realizar. No caso da temperatura do gás de troca de calor deve necessariamente mudar.

A eficiência de máquinas térmicas criadas em condições reais diferem significativamente a eficiência ideal de motores. Note-se que o fluxo de processos em motores reais acontece tão rápido que a variação da energia térmica interna da substância de trabalho no processo de mudar o seu volume não pode ser compensado pelo fluxo de quantidade de calor de um aquecedor e um retorno mais frio.

Outros motores de calor

verdadeiros motores operam em diferentes ciclos:

• processo de volume constante do ciclo Otto com mudança adiabático, a criação de um circuito fechado;
• Diesel ciclo isóbaro, adiabático, Isócora, adiabática;
• uma turbina a gás: processo que ocorre a uma pressão constante, adiabático substituído fecha o circuito.

Criar um processo de equilíbrio em motores reais (para trazê-los para mais perto do ideal) em tecnologia moderna não é possível. A eficiência de motores de calor é significativamente menor, mesmo com as mesmas condições de temperatura do que na configuração de calor ideal.

Mas não é necessário reduzir a eficiência fórmula de cálculo papel do ciclo de Carnot, como é, torna-se um ponto de referência no processo para melhorar a eficiência dos motores reais.

Maneiras de mudar a eficiência

Através da comparação dos motores de calor ideais e reais, deve-se notar que a última temperatura da geladeira não pode ser arbitrária. Normalmente geladeira acreditam que a atmosfera. Para levar a temperatura da atmosfera pode cálculos apenas aproximados. A experiência mostra que a temperatura do líquido de arrefecimento é o gás de escape em motores, como acontece nos motores de combustão interna (abreviado como DVS).

DIC – o mais comum no nosso mundo de motor térmico. motor de calor Eficiência neste caso depende da temperatura criado pela queima de combustível. A diferença essencial a partir de motores a vapor DIC é as funções do aquecedor de fusão e o corpo do dispositivo de exploração, de uma mistura de ar-combustível. Queimar mistura cria uma pressão sobre as peças móveis do motor.

O aumento da temperatura do gás de trabalho é conseguida, alterar significativamente as propriedades do combustível. Infelizmente, é impossível fazer sem limite. Qualquer material de construção da câmara de combustão do motor tem o seu ponto de fusão. A resistência térmica de tais materiais – a característica básica do motor, bem como para afectar significativamente a eficiência.

a eficiência do motor valores

Se considerarmos a turbina de vapor, a temperatura da entrada de vapor de trabalho, que é igual a 800 K, e o gás de escape – 300 K, o rendimento da máquina é igual a 62%. Na realidade, porém, este valor não exceda 40%. Esta redução ocorre devido à perda de calor durante o aquecimento de alojamento da turbina.

O valor mais elevado da eficiência de motores de combustão interna não exceda 44%. O aumento deste valor – a questão do futuro próximo. Mudando as propriedades dos materiais, combustível – este é um problema sobre o qual emprega as melhores mentes da humanidade.