A hőhatékonyság határai benzin- és dízelmotorokban - Tecmovia
Amint azt már sokszor említettük, a hőgépek (például benzin- és dízelmotorok) hajlamosak sok energiát pazarolni hő formájában. Annak ellenére, hogy úgy tűnhet, a folyamatosan fejlődő technológia csak néhány százalékpontot tud kaparni ebben a nagy mennyiségű elpazarolt energiában, mert hőmotorok teljesen korlátozottak a működésének alapjául szolgáló fizikai törvények által, amelyek a termodinamika alapelvei.
Egyszerű módon meg fogjuk nézni, hogy mik ezek az elvek, hogyan befolyásolják az égésű motorok teljesítményét és miért már a jelenlegi motorok növekvő hatékonysága nem lehet túl messze a termodinamikai határtól. Más szavakkal, ahhoz, hogy a jelenleginél lényegesen alacsonyabb fogyasztást érjünk el, ha csak a motorok technológiáját befolyásoljuk, a fejlődésük nem lenne elég, inkább szükség lenne a hőmotorok hátrahagyására más hajtóanyag-típusok javára.
Hőmotor teljesítménye vagy hatékonysága
Fontosnak tűnik kezdeni a hatékonyság vagy a teljesítmény fogalmának meghatározásával, amelyet felcserélhető módon fogunk használni az egész cikkben. Tehát megértjük a teljesítmény mint egy motor az egyes felhasznált energiaegységeknél elvégzett munka.
Ha a motor által végzett munka (mozgásgenerálás) megegyezik a gyártásához felhasznált üzemanyag kémiai energiájával, ennek a feltételezett motornak a hatékonysága 100% lenne (tökéletes hatékonyság).
Nyilvánvalóan, egyetlen folyamat sem lehet 100% -nál hatékonyabb mert ez annyi lenne, mint azt mondani, hogy új energia jön létre. A termodinamika (az energia megőrzése) első elve tagadja ezt a lehetőséget.
Másrészt, ha az elvégzett munka kevesebb, mint az elfogyasztott energia, akkor a veszteség vagy a különbség a két érték között hővé változik, amit használhatatlan energiának tekinthetünk, és ezért pazarolunk.
A hőmotor maximális hatékonysága: a Carnot-ciklus
Minden hőmotor teljesítményének abszolút határa van, amely egy képzeletbeli, tökéletes, megfordítható gép teljesítménye, amelynek működési folyamata Carnot-ciklus. Ez a "tökéletes" maximális hatékonyság már jóval 100% alatt van, és fontos megjegyezni, hogy fizikai, abszolút és univerzális maximum lévén technológiai eszközökkel nem lehet túllépni.
A Carnot hőmotor teljesítménye csak attól függ, hogy mekkora hőmérsékleten és maximumon működik, ezért e két hőmérsékletre való tekintettel a számítása triviális. Szénhidrogének égésű égésű motorok esetében és az ebben a gyakorlati példában javasolt adatok alapján 17 ° C (290 K) és legfeljebb 1 570 ° C minimális hőmérsékletet (ami a környezeté lenne) C (1,843 K). A hőmérséklet ilyen kombinációja a maximális elméleti hozam 84,3%.
Nehéz pontos adatokat találni az égéstérben elért maximális hőmérsékletről, de a szénhidrogének 2000 o C körüli értéket égnek el, és már most is nagyon optimistának tűnik 1600 o C körüli értéket tekinteni az egész kamra átlaghőmérsékletének az égés utolsó pillanatában. égés. Így a 84% -os tökéletes hatékonyság ésszerűen optimista becslésnek tekinthető.
Ugyanez a számítás, amelyet a Wikipédiában végeztek, más értékeket vett fel példaként, és ezúttal benzinmotorokban, egy 73% maximális hatékonyság, bár ideális körülményeket feltételezve ez az érték figyelembe vehető a lehetséges hőmérsékletek alacsony tartományában. Ez ésszerűen pesszimista számítás lenne.