Algoritmo de resolución de problemas para determinar la eficiencia. ciclo térmico según la gráfica de presión versus volumen. motor térmico. Eficiencia de un motor térmico Motor térmico ideal

Las realidades modernas implican el funcionamiento generalizado de los motores térmicos. Numerosos intentos de reemplazarlos con motores eléctricos han fracasado hasta ahora. Los problemas asociados a la acumulación de electricidad en sistemas autónomos se resuelven con gran dificultad.

Aún son relevantes los problemas de tecnología para la fabricación de acumuladores de energía eléctrica, teniendo en cuenta su uso a largo plazo. Las características de velocidad de los vehículos eléctricos están lejos de las de los automóviles con motores de combustión interna.

Los primeros pasos hacia la creación de motores híbridos pueden reducir significativamente las emisiones nocivas en las megaciudades, resolviendo problemas ambientales.

Un poco de historia

La posibilidad de convertir la energía del vapor en energía del movimiento era conocida en la antigüedad. 130 a. C.: el filósofo Heron de Alejandría presentó a la audiencia un juguete de vapor: aeolipil. Una esfera llena de vapor comenzó a girar bajo la acción de los chorros que emanaban de ella. Este prototipo de turbinas de vapor modernas no encontró aplicación en aquellos días.

Durante muchos años y siglos, el desarrollo del filósofo se consideró solo un juguete divertido. En 1629, el italiano D. Branchi creó una turbina activa. Steam puso en movimiento un disco equipado con cuchillas.

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

motor térmico

La conversión de combustible en energía para el movimiento de partes de máquinas y mecanismos se utiliza en motores térmicos.

Las partes principales de las máquinas: un calentador (un sistema para obtener energía del exterior), un fluido de trabajo (realiza una acción útil), un refrigerador.

El calentador está diseñado para garantizar que el fluido de trabajo haya acumulado un suministro suficiente de energía interna para realizar un trabajo útil. El frigorífico elimina el exceso de energía.

La característica principal de la eficiencia se denomina eficiencia de los motores térmicos. Este valor muestra qué parte de la energía gastada en calefacción se gasta en hacer un trabajo útil. Cuanto mayor sea la eficiencia, más rentable será la operación de la máquina, pero este valor no puede exceder el 100%.

Cálculo de eficiencia

Deje que el calentador adquiera del exterior la energía igual a Q 1 . El fluido de trabajo realizó trabajo A, mientras que la energía entregada al refrigerador fue Q 2 .

Basándonos en la definición, calculamos la eficiencia:

η= UN / Q 1 . Tomamos en cuenta que A \u003d Q 1 - Q 2.

De aquí, la eficiencia de la máquina térmica, cuya fórmula tiene la forma η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, nos permite sacar las siguientes conclusiones:

• La eficiencia no puede exceder 1 (o 100%);
• para maximizar este valor, es necesario aumentar la energía recibida del calentador o disminuir la energía entregada al refrigerador;
• se logra un aumento en la energía del calentador cambiando la calidad del combustible;
• reduciendo la energía entregada al refrigerador, permiten lograr las características de diseño de los motores.

motor térmico ideal

¿Es posible crear un motor de este tipo, cuya eficiencia sería máxima (idealmente, igual al 100%)? El físico teórico francés y talentoso ingeniero Sadi Carnot trató de encontrar la respuesta a esta pregunta. En 1824 se hicieron públicos sus cálculos teóricos sobre los procesos que ocurren en los gases.

La idea principal detrás de una máquina ideal es llevar a cabo procesos reversibles con un gas ideal. Empezamos con la expansión isotérmica del gas a una temperatura T 1 . La cantidad de calor requerida para esto es Q 1. Después de que el gas se expande sin intercambio de calor, habiendo alcanzado la temperatura T 2, el gas se comprime isotérmicamente, transfiriendo la energía Q 2 al refrigerador. El retorno del gas a su estado original es adiabático.

La eficiencia de un motor térmico de Carnot ideal, cuando se calcula con precisión, es igual a la relación entre la diferencia de temperatura entre los dispositivos de calentamiento y enfriamiento y la temperatura que tiene el calentador. Se ve así: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

La posible eficiencia de una máquina térmica, cuya fórmula es: η= 1 - T 2 / T 1 , depende únicamente de la temperatura del calentador y del enfriador y no puede ser superior al 100%.

Además, esta relación nos permite probar que la eficiencia de los motores térmicos puede ser igual a la unidad solo cuando el refrigerador alcanza temperaturas. Como saben, este valor es inalcanzable.

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

El teorema demostrado por Carnot es el siguiente. Una máquina térmica arbitraria bajo ninguna circunstancia es capaz de tener un coeficiente de eficiencia superior al valor similar de la eficiencia de una máquina térmica ideal.

Ejemplo de resolución de problemas

Ejemplo 1 ¿Cuál es la eficiencia de una máquina térmica ideal si la temperatura del calentador es de 800 °C y la temperatura del refrigerador es 500 °C más baja?

T 1 \u003d 800 o C \u003d 1073 K, ∆T \u003d 500 o C \u003d 500 K, η -?

Por definición: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

No se nos da la temperatura del refrigerador, sino ∆T = (T 1 - T 2), de aquí:

η \u003d ∆T / T 1 \u003d 500 K / 1073 K \u003d 0,46.

Respuesta: eficiencia = 46%.

Ejemplo 2 Determine la eficiencia de un motor térmico ideal si se realizan 650 J de trabajo útil debido al kilojulio adquirido de energía del calentador ¿Cuál es la temperatura del calentador del motor térmico si la temperatura del refrigerante es de 400 K?

Q 1 \u003d 1 kJ \u003d 1000 J, A \u003d 650 J, T 2 \u003d 400 K, η -?, T 1 \u003d?

En este problema, estamos hablando de una instalación térmica, cuya eficiencia se puede calcular mediante la fórmula:

Para determinar la temperatura del calentador, usamos la fórmula para la eficiencia de un motor térmico ideal:

η \u003d (T 1 - T 2) / T 1 \u003d 1 - T 2 / T 1.

Después de realizar transformaciones matemáticas, obtenemos:

T 1 \u003d T 2 / (1- η).

T 1 \u003d T 2 / (1- A / Q 1).

Calculemos:

η= 650 J / 1000 J = 0,65.

T 1 \u003d 400 K / (1- 650 J / 1000 J) \u003d 1142,8 K.

Respuesta: η \u003d 65%, T 1 \u003d 1142.8 K.

Condiciones reales

La máquina térmica ideal está diseñada con procesos ideales en mente. El trabajo se realiza solo en procesos isotérmicos, su valor se define como el área delimitada por el gráfico del ciclo de Carnot.

De hecho, es imposible crear condiciones para el proceso de cambio de estado de un gas sin cambios de temperatura que lo acompañen. No hay materiales que excluyan el intercambio de calor con los objetos circundantes. El proceso adiabático ya no es posible. En el caso de la transferencia de calor, la temperatura del gas necesariamente debe cambiar.

La eficiencia de los motores térmicos creados en condiciones reales difiere significativamente de la eficiencia de los motores ideales. Tenga en cuenta que los procesos en los motores reales son tan rápidos que la variación en la energía térmica interna de la sustancia de trabajo en el proceso de cambio de volumen no puede ser compensada por la entrada de calor del calentador y el retorno al enfriador.

Otros motores térmicos

Los motores reales funcionan en diferentes ciclos:

• Ciclo Otto: el proceso a volumen constante cambia adiabáticamente, creando un ciclo cerrado;
• Ciclo diesel: isobar, adiabat, isochor, adiabat;
• el proceso que ocurre a presión constante es reemplazado por uno adiabático, cerrando el ciclo.

No es posible crear procesos de equilibrio en motores reales (para acercarlos a los ideales) en las condiciones de la tecnología moderna. La eficiencia de los motores térmicos es mucho menor, incluso teniendo en cuenta los mismos regímenes de temperatura que en una instalación térmica ideal.

Pero no debe reducir el papel de la fórmula de cálculo de eficiencia, ya que es el punto de partida en el proceso de trabajo para aumentar la eficiencia de los motores reales.

Maneras de cambiar la eficiencia

Al comparar motores térmicos ideales y reales, vale la pena señalar que la temperatura del refrigerador de este último no puede ser cualquiera. Por lo general, se considera que la atmósfera es un refrigerador. La temperatura de la atmósfera solo se puede tomar en cálculos aproximados. La experiencia demuestra que la temperatura del refrigerante es igual a la temperatura de los gases de escape en los motores, como es el caso de los motores de combustión interna (motores de combustión interna abreviados).

ICE es el motor térmico más común en nuestro mundo. La eficiencia de un motor térmico en este caso depende de la temperatura creada por el combustible quemado. Una diferencia esencial entre un motor de combustión interna y un motor de vapor es la fusión de las funciones del calentador y el fluido de trabajo del dispositivo en la mezcla de aire y combustible. Al quemarse, la mezcla crea presión sobre las partes móviles del motor.

Se logra un aumento en la temperatura de los gases de trabajo al cambiar significativamente las propiedades del combustible. Desafortunadamente, no es posible hacer esto indefinidamente. Cualquier material del que está hecha la cámara de combustión de un motor tiene su propio punto de fusión. La resistencia al calor de tales materiales es la característica principal del motor, así como la capacidad de afectar significativamente la eficiencia.

Valores de eficiencia del motor

Si consideramos la temperatura del vapor de trabajo en cuya entrada es de 800 K, y el gas de escape es de 300 K, entonces la eficiencia de esta máquina es del 62%. En realidad, este valor no supera el 40%. Tal disminución se produce debido a las pérdidas de calor durante el calentamiento de la carcasa de la turbina.

El valor más alto de combustión interna no supera el 44%. Aumentar este valor es una cuestión de futuro próximo. Cambiar las propiedades de los materiales, los combustibles es un problema en el que están trabajando las mejores mentes de la humanidad.

Coeficiente de rendimiento (COP): un término que se puede aplicar, quizás, a todos los sistemas y dispositivos. Incluso una persona tiene una eficiencia, aunque, probablemente, todavía no existe una fórmula objetiva para encontrarla. En este artículo, explicaremos en detalle qué es la eficiencia y cómo se puede calcular para varios sistemas.

definición de eficiencia

La eficiencia es un indicador que caracteriza la eficiencia de un sistema en particular en relación con el retorno o conversión de energía. La eficiencia es un valor inmedible y se representa como un valor numérico en el rango de 0 a 1, o como un porcentaje.

Formula general

La eficiencia se indica con el símbolo Ƞ.

La fórmula matemática general para encontrar la eficiencia se escribe de la siguiente manera:

Ƞ=A/Q, donde A es la energía/trabajo útil realizado por el sistema, y ​​Q es la energía consumida por este sistema para organizar el proceso de obtención de una salida útil.

El factor de eficiencia, por desgracia, siempre es menor que uno o igual a él, ya que, según la ley de conservación de la energía, no podemos obtener más trabajo que la energía gastada. Además, la eficiencia, de hecho, rara vez es igual a uno, ya que el trabajo útil siempre va acompañado de pérdidas, por ejemplo, para calentar el mecanismo.

Eficiencia del motor térmico

Una máquina térmica es un dispositivo que convierte la energía térmica en energía mecánica. En una máquina térmica, el trabajo está determinado por la diferencia entre la cantidad de calor recibido del calentador y la cantidad de calor entregado al enfriador y, por lo tanto, la eficiencia está determinada por la fórmula:

• Ƞ=Qн-Qх/Qн, donde Qн es la cantidad de calor recibida del calentador y Qх es la cantidad de calor entregada al enfriador.

Se cree que los motores que operan en el ciclo de Carnot proporcionan la mayor eficiencia. En este caso, la eficiencia está determinada por la fórmula:

• Ƞ=T1-T2/T1, donde T1 es la temperatura de la fuente caliente, T2 es la temperatura de la fuente fría.

Eficiencia del motor eléctrico

Un motor eléctrico es un dispositivo que convierte energía eléctrica en energía mecánica, por lo que la eficiencia en este caso es la relación de eficiencia del dispositivo en relación a la conversión de energía eléctrica en energía mecánica. La fórmula para encontrar la eficiencia de un motor eléctrico se ve así:

• Ƞ=P2/P1, donde P1 es la potencia eléctrica suministrada, P2 es la potencia mecánica útil generada por el motor.

La potencia eléctrica se encuentra como el producto de la corriente y el voltaje del sistema (P=UI), y la potencia mecánica se encuentra como la relación entre el trabajo y la unidad de tiempo (P=A/t)

eficiencia del transformador

Un transformador es un dispositivo que convierte la corriente alterna de un voltaje en corriente alterna de otro voltaje manteniendo la frecuencia. Además, los transformadores también pueden convertir CA a CC.

La eficiencia del transformador se encuentra mediante la fórmula:

• Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), donde P0 - pérdidas sin carga, PL - pérdidas con carga, P2 - potencia activa entregada a la carga, n - grado relativo de carga.

¿Eficiencia o no eficiencia?

Vale la pena señalar que, además de la eficiencia, hay una serie de indicadores que caracterizan la eficiencia de los procesos energéticos y, a veces, podemos encontrar descripciones del tipo: eficiencia del orden del 130%, sin embargo, en este caso, necesita para entender que el término no se usa del todo correctamente y, muy probablemente, el autor o el fabricante entiende una característica ligeramente diferente por esta abreviatura.

Por ejemplo, las bombas de calor se distinguen por el hecho de que pueden emitir más calor del que consumen. Así, la máquina frigorífica puede extraer más calor del objeto enfriado del que se gasta en energía equivalente para la organización de la extracción. El indicador de eficiencia de una máquina frigorífica se denomina coeficiente de rendimiento, se denota con la letra Ɛ y se determina mediante la fórmula: Ɛ=Qx/A, donde Qx es el calor extraído del extremo frío, A es el trabajo invertido en el proceso de eliminación. Sin embargo, a veces el coeficiente de rendimiento también se denomina eficiencia de la máquina de refrigeración.

También es interesante que la eficiencia de las calderas que funcionan con combustibles fósiles se suele calcular en función del poder calorífico inferior, mientras que puede resultar ser más de uno. Sin embargo, todavía se le conoce tradicionalmente como eficiencia. Es posible determinar la eficiencia de la caldera por el poder calorífico bruto, y entonces siempre será inferior a uno, pero en este caso será inconveniente comparar el rendimiento de las calderas con los datos de otras instalaciones.

El funcionamiento de muchos tipos de máquinas se caracteriza por un indicador tan importante como la eficiencia de un motor térmico. Cada año, los ingenieros se esfuerzan por crear equipos más avanzados que, con costos de combustible más bajos, brinden el máximo resultado de su uso.

Dispositivo de motor térmico

Antes de comprender qué es la eficiencia (coeficiente de rendimiento), es necesario comprender cómo funciona este mecanismo. Sin conocer los principios de su acción, es imposible descubrir la esencia de este indicador. Una máquina térmica es un dispositivo que realiza un trabajo mediante el uso de energía interna. Cualquier motor térmico que convierte la energía térmica en energía mecánica utiliza la expansión térmica de las sustancias al aumentar la temperatura. En los motores de estado sólido, es posible cambiar no solo el volumen de la materia, sino también la forma del cuerpo. El funcionamiento de dicho motor está sujeto a las leyes de la termodinámica.

Principio de operación

Para entender cómo funciona un motor térmico, es necesario considerar los conceptos básicos de su diseño. Para el funcionamiento del dispositivo, se necesitan dos cuerpos: caliente (calentador) y frío (refrigerador, enfriador). El principio de funcionamiento de los motores térmicos (la eficiencia de los motores térmicos) depende de su tipo. A menudo, el condensador de vapor actúa como un refrigerador y cualquier tipo de combustible que se quema en el horno actúa como un calentador. La eficiencia de una máquina térmica ideal se encuentra mediante la siguiente fórmula:

Eficiencia = (Theating - Tfrío.) / Theating. x 100%.

Al mismo tiempo, la eficiencia de un motor real nunca puede exceder el valor obtenido según esta fórmula. Además, este indicador nunca superará el valor anterior. Para aumentar la eficiencia, la mayoría de las veces aumente la temperatura del calentador y reduzca la temperatura del refrigerador. Ambos procesos estarán limitados por las condiciones operativas reales del equipo.

Durante el funcionamiento de una máquina térmica, se realiza trabajo, ya que el gas comienza a perder energía y se enfría a una determinada temperatura. Este último suele estar unos pocos grados por encima de la atmósfera circundante. Esta es la temperatura del refrigerador. Tal dispositivo especial está diseñado para enfriar con la posterior condensación del vapor de escape. Donde hay condensadores, la temperatura del refrigerador a veces es más baja que la temperatura ambiente.

En una máquina térmica, el cuerpo, cuando se calienta y se expande, no puede dar toda su energía interna para realizar trabajo. Parte del calor se transferirá al refrigerador junto con los gases de escape o el vapor. Esta parte de la energía térmica interna se pierde inevitablemente. Durante la combustión del combustible, el fluido de trabajo recibe una cierta cantidad de calor Q 1 del calentador. Al mismo tiempo, todavía realiza el trabajo A, durante el cual transfiere parte de la energía térmica al refrigerador: Q 2

La eficiencia caracteriza la eficiencia del motor en el campo de la conversión y transmisión de energía. Este indicador a menudo se mide como un porcentaje. Fórmula de eficiencia:

η*A/Qx100%, donde Q es la energía gastada, A es trabajo útil.

Con base en la ley de conservación de la energía, podemos concluir que la eficiencia siempre será menor que la unidad. En otras palabras, nunca habrá trabajo más útil que la energía gastada en él.

La eficiencia del motor es la relación entre el trabajo útil y la energía suministrada por el calentador. Se puede representar como la siguiente fórmula:

η \u003d (Q 1 -Q 2) / Q 1, donde Q 1 es el calor recibido del calentador y Q 2 se entrega al refrigerador.

Funcionamiento del motor térmico

El trabajo realizado por una máquina térmica se calcula mediante la siguiente fórmula:

A = |Q H | - |Q X |, donde A es trabajo, Q H es la cantidad de calor recibido del calentador, Q X es la cantidad de calor entregado al enfriador.

|Q H | - |Q X |)/|Q H | = 1 - |Q X |/|Q H |

Es igual a la relación entre el trabajo realizado por el motor y la cantidad de calor recibido. Parte de la energía térmica se pierde durante esta transferencia.

motor de carnot

La máxima eficiencia de un motor térmico se observa para el dispositivo de Carnot. Esto se debe al hecho de que en este sistema depende solo de la temperatura absoluta del calentador (Тн) y del enfriador (Тх). La eficiencia de una máquina térmica que opera según el ciclo de Carnot se determina mediante la siguiente fórmula:

(Tn - Tx) / Tn = - Tx - Tn.

Las leyes de la termodinámica permitieron calcular la máxima eficiencia posible. Por primera vez, este indicador fue calculado por el científico e ingeniero francés Sadi Carnot. Inventó un motor térmico que funcionaba con gas ideal. Funciona en un ciclo de 2 isotermas y 2 adiabáticas. El principio de su funcionamiento es bastante simple: se lleva un contacto del calentador al recipiente con gas, como resultado de lo cual el fluido de trabajo se expande isotérmicamente. Al mismo tiempo, funciona y recibe una cierta cantidad de calor. Después de que el recipiente esté aislado térmicamente. A pesar de esto, el gas continúa expandiéndose, pero ya de forma adiabática (sin intercambio de calor con el medio ambiente). En este momento, su temperatura baja al refrigerador. En este momento, el gas está en contacto con el refrigerador, por lo que le entrega una cierta cantidad de calor durante la compresión isométrica. Luego, el recipiente se vuelve a aislar térmicamente. En este caso, el gas se comprime adiabáticamente a su volumen y estado original.

Variedades

Hoy en día, hay muchos tipos de motores térmicos que funcionan con diferentes principios y con diferentes combustibles. Todos ellos tienen su propia eficiencia. Estos incluyen lo siguiente:

Un motor de combustión interna (pistón), que es un mecanismo donde parte de la energía química del combustible que se quema se convierte en energía mecánica. Dichos dispositivos pueden ser gas y líquido. Hay motores de 2 tiempos y de 4 tiempos. Pueden tener un ciclo de trabajo continuo. Según el método de preparación de una mezcla de combustible, tales motores son carburador (con formación de mezcla externa) y diesel (con formación interna). Según los tipos de convertidores de energía, se dividen en pistón, chorro, turbina, combinados. La eficiencia de tales máquinas no supera el 0,5.

Motor Stirling: un dispositivo en el que el fluido de trabajo se encuentra en un espacio cerrado. Es una especie de motor de combustión externa. El principio de su funcionamiento se basa en el enfriamiento/calentamiento periódico del cuerpo con la producción de energía debido a un cambio en su volumen. Este es uno de los motores más eficientes.

Motor de turbina (rotativo) con combustión externa de combustible. Tales instalaciones se encuentran con mayor frecuencia en centrales térmicas.

Los motores de combustión interna de turbina (rotativos) se utilizan en centrales térmicas en modo pico. No es tan común como otros.

Un motor turbohélice genera parte del empuje debido a la hélice. El resto proviene de los gases de escape. Su diseño es un motor rotativo (turbina de gas), en cuyo eje se monta una hélice.

Otros tipos de motores térmicos

Motores de cohetes, turborreactores y reactores que obtienen empuje del retorno de los gases de escape.

Los motores de estado sólido utilizan un cuerpo sólido como combustible. Al trabajar, no es su volumen lo que cambia, sino su forma. Durante el funcionamiento del equipo, se utiliza una diferencia de temperatura extremadamente pequeña.

¿Cómo se puede aumentar la eficiencia

¿Es posible aumentar la eficiencia de un motor térmico? La respuesta hay que buscarla en la termodinámica. Estudia las transformaciones mutuas de diferentes tipos de energía. Se ha establecido que es imposible convertir toda la energía térmica disponible en eléctrica, mecánica, etc. Al mismo tiempo, su conversión en energía térmica se produce sin restricciones. Esto es posible debido a que la naturaleza de la energía térmica se basa en el movimiento desordenado (caótico) de las partículas.

Cuanto más se calienta el cuerpo, más rápido se moverán las moléculas que lo componen. El movimiento de las partículas se volverá aún más errático. Junto con esto, todos saben que el orden puede convertirse fácilmente en caos, lo cual es muy difícil de ordenar.

El significado principal de la fórmula (5.12.2) obtenida por Carnot para la eficiencia de una máquina ideal es que determina la máxima eficiencia posible de cualquier máquina térmica.

Carnot demostró, basándose en la segunda ley de la termodinámica*, el siguiente teorema: cualquier motor térmico real que funcione con un calentador de temperaturaT 1 y la temperatura del refrigeradorT 2 , no puede tener una eficiencia superior a la eficiencia de una máquina térmica ideal.

* Carnot en realidad estableció la segunda ley de la termodinámica antes que Clausius y Kelvin, cuando la primera ley de la termodinámica aún no había sido formulada con rigor.

Considere primero una máquina térmica que opera en un ciclo reversible con un gas real. El ciclo puede ser cualquiera, solo es importante que las temperaturas del calentador y refrigerador sean T 1 Y T 2 .

Supongamos que la eficiencia de otra máquina térmica (que no opera según el ciclo de Carnot) η ’ > η . Las máquinas funcionan con un calentador común y un enfriador común. Deje que la máquina de Carnot trabaje en el ciclo inverso (como una máquina de refrigeración) y la otra máquina en el ciclo directo (Fig. 5.18). La máquina térmica realiza un trabajo igual, según las fórmulas (5.12.3) y (5.12.5):

La máquina de refrigeración siempre se puede diseñar para que tome la cantidad de calor del refrigerador q 2 = ||

Entonces, de acuerdo con la fórmula (5.12.7), se trabajará sobre él

(5.12.12)

Ya que por condición η" > η , Eso A" > A. Por lo tanto, la máquina térmica puede accionar la máquina de refrigeración y seguirá habiendo un exceso de trabajo. Este exceso de trabajo se realiza a expensas del calor tomado de una fuente. Después de todo, el calor no se transfiere al refrigerador bajo la acción de dos máquinas a la vez. Pero esto contradice la segunda ley de la termodinámica.

Si suponemos que η > η ", entonces puedes hacer que otra máquina funcione en un ciclo inverso, y la máquina de Carnot en línea recta. Nuevamente llegamos a una contradicción con la segunda ley de la termodinámica. Por lo tanto, dos máquinas que funcionan en ciclos reversibles tienen la misma eficiencia: η " = η .

Es un asunto diferente si la segunda máquina opera en un ciclo irreversible. Si permitimos η " > η , entonces nuevamente llegamos a una contradicción con la segunda ley de la termodinámica. Sin embargo, la suposición m|"< г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η" ≤ η, o

Este es el resultado principal:

(5.12.13)

Eficiencia de los motores térmicos reales

La fórmula (5.12.13) da el límite teórico para la máxima eficiencia de los motores térmicos. Muestra que la máquina térmica es más eficiente cuanto mayor es la temperatura del calentador y menor la temperatura del refrigerador. Solo cuando la temperatura del refrigerador es igual al cero absoluto, η = 1.

Pero la temperatura del frigorífico prácticamente no puede ser mucho más baja que la temperatura ambiente. Puede aumentar la temperatura del calentador. Sin embargo, cualquier material (sólido) tiene una resistencia al calor limitada o resistencia al calor. Cuando se calienta, pierde gradualmente sus propiedades elásticas y se funde a una temperatura suficientemente alta.

Ahora los principales esfuerzos de los ingenieros están dirigidos a aumentar la eficiencia de los motores mediante la reducción de la fricción de sus partes, las pérdidas de combustible debido a su combustión incompleta, etc. Las oportunidades reales para aumentar la eficiencia aún son grandes aquí. Entonces, para una turbina de vapor, las temperaturas inicial y final del vapor son aproximadamente las siguientes: T 1 = 800K y T 2 = 300 K. A estas temperaturas, el valor máximo de la eficiencia es:

El valor real de la eficiencia debido a varios tipos de pérdidas de energía es de aproximadamente 40%. La máxima eficiencia - alrededor del 44% - tienen motores de combustión interna.

La eficiencia de cualquier motor térmico no puede exceder el valor máximo posible
, donde T 1 - temperatura absoluta del calentador, y T 2 - temperatura absoluta del refrigerador.

Aumentar la eficiencia de los motores térmicos y acercarla al máximo posible- el reto técnico más importante.

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