Funksionimi i shumë llojeve të makinerive karakterizohet nga një tregues kaq i rëndësishëm si efikasiteti i një motori me nxehtësi. Çdo vit, inxhinierët përpiqen të krijojnë pajisje më të avancuara që, me kosto më të ulët të karburantit, do të jepnin rezultatin maksimal nga përdorimi i tyre.
Pajisja e motorit me ngrohje
Para se të kuptoni se çfarë është efikasiteti, është e nevojshme të kuptoni se si funksionon ky mekanizëm. Pa ditur parimet e veprimit të tij, është e pamundur të zbulohet thelbi i këtij treguesi. Një motor ngrohjeje është një pajisje që funksionon duke përdorur energjinë e brendshme. Çdo motor termik që konverton energjinë termike në energji mekanike përdor zgjerimin termik të substancave me rritjen e temperaturës. Në motorët në gjendje të ngurtë, është e mundur jo vetëm të ndryshohet vëllimi i materies, por edhe forma e trupit. Funksionimi i një motori të tillë i nënshtrohet ligjeve të termodinamikës.
Parimi i funksionimit
Për të kuptuar se si funksionon një motor ngrohje, është e nevojshme të merren parasysh bazatdizenjot e tij. Për funksionimin e pajisjes nevojiten dy trupa: të nxehtë (ngrohës) dhe të ftohtë (frigorifer, ftohës). Parimi i funksionimit të motorëve me nxehtësi (efikasiteti i motorëve me nxehtësi) varet nga lloji i tyre. Shpesh, kondensuesi i avullit vepron si frigorifer, dhe çdo lloj karburanti që digjet në furre vepron si ngrohës. Efikasiteti i një motori ideal termik gjendet me formulën e mëposhtme:
Efiçenca=(Theating - Cooling)/ Theating. x 100%.
Në të njëjtën kohë, efikasiteti i një motori të vërtetë nuk mund të kalojë kurrë vlerën e marrë sipas kësaj formule. Gjithashtu, ky tregues nuk do të kalojë kurrë vlerën e mësipërme. Për të rritur efikasitetin, më së shpeshti rrisni temperaturën e ngrohësit dhe ulni temperaturën e frigoriferit. Të dy këto procese do të kufizohen nga kushtet aktuale të funksionimit të pajisjeve.
Efiçenca e motorit me ngrohje (formula)
Gjatë funksionimit të një motori ngrohjeje, punohet, pasi gazi fillon të humbasë energjinë dhe ftohet në një temperaturë të caktuar. Kjo e fundit është zakonisht disa gradë mbi atmosferën përreth. Kjo është temperatura e frigoriferit. Një pajisje e tillë e veçantë është projektuar për ftohje me kondensimin e mëvonshëm të avullit të shkarkimit. Aty ku ka kondensatorë, temperatura e frigoriferit ndonjëherë është më e ulët se temperatura e ambientit.
Në një motor ngrohjeje, trupi, kur nxehet dhe zgjerohet, nuk është në gjendje të japë të gjithë energjinë e tij të brendshme për të kryer punë. Një pjesë e nxehtësisë do të transferohet në frigorifer së bashku me gazrat e shkarkimit ose avullin. Kjo pjeseEnergjia e brendshme termike humbet në mënyrë të pashmangshme. Gjatë djegies së karburantit, trupi i punës merr një sasi të caktuar nxehtësie Q1 nga ngrohësi. Në të njëjtën kohë, ai ende kryen punën A, gjatë së cilës një pjesë të energjisë termike transferon në frigorifer: Q2<Q1.
EFICIENCA karakterizon efikasitetin e motorit në fushën e konvertimit dhe transmetimit të energjisë. Ky tregues shpesh matet si përqindje. Formula e efikasitetit:
ηA/Qx100%, ku Q është energjia e shpenzuar, A është puna e dobishme.
Bazuar në ligjin e ruajtjes së energjisë, mund të konkludojmë se efikasiteti do të jetë gjithmonë më i vogël se një. Me fjalë të tjera, nuk do të ketë kurrë punë më të dobishme sesa energjia e shpenzuar për të.
Efiçenca e motorit është raporti i punës së dobishme me energjinë e furnizuar nga ngrohësi. Mund të përfaqësohet si formula e mëposhtme:
η=(Q1-Q2)/ Q1, ku Q 1 - nxehtësia e marrë nga ngrohësi dhe Q2 - jepet në frigorifer.
Funksionimi i motorit me ngrohje
Puna e bërë nga një motor ngrohjeje llogaritet duke përdorur formulën e mëposhtme:
A=|QH| - |QX|, ku A është punë, QH është sasia e nxehtësisë së marrë nga ngrohësi, QX - sasia e nxehtësisë që i jepet ftohësit.
Efiçenca e motorit me ngrohje (formula):
|PH| - |QX|)/|QH|=1 - |QX|/|QH|
Është i barabartë me raportin e punës së bërë nga motori me sasinë engrohtësi. Një pjesë e energjisë termike humbet gjatë këtij transferimi.
Motor Carnot
Efikasiteti maksimal i një motori ngrohjeje vërehet në pajisjen Carnot. Kjo për faktin se në këtë sistem varet vetëm nga temperatura absolute e ngrohësit (Тн) dhe ftohësit (Тх). Efikasiteti i një motori me nxehtësi që funksionon sipas ciklit Carnot përcaktohet nga formula e mëposhtme:
(Тн - Тх)/ Тн=- Тх - Тн.
Ligjet e termodinamikës na lejuan të llogarisim efikasitetin maksimal që është e mundur. Për herë të parë ky tregues u llogarit nga shkencëtari dhe inxhinieri francez Sadi Carnot. Ai shpiku një motor ngrohjeje që punonte me gaz ideal. Punon në një cikël prej 2 izotermash dhe 2 adiabatesh. Parimi i funksionimit të tij është mjaft i thjeshtë: një kontakt ngrohës sillet në enë me gaz, si rezultat i të cilit lëngu i punës zgjerohet në mënyrë izotermale. Në të njëjtën kohë, funksionon dhe merr një sasi të caktuar nxehtësie. Pasi ena të jetë izoluar termikisht. Pavarësisht kësaj, gazi vazhdon të zgjerohet, por tashmë në mënyrë adiabatike (pa shkëmbim nxehtësie me mjedisin). Në këtë kohë, temperatura e tij bie në frigorifer. Në këtë moment, gazi është në kontakt me frigoriferin, si rezultat i të cilit i jep një sasi të caktuar nxehtësie gjatë ngjeshjes izometrike. Pastaj ena izolohet përsëri termikisht. Në këtë rast, gazi kompresohet në mënyrë adiabatike në vëllimin dhe gjendjen e tij origjinale.
Variantet
Në kohën tonë, ka shumë lloje të motorëve të nxehtësisë që funksionojnë në parime të ndryshme dhe me lëndë djegëse të ndryshme. Të gjithë kanë efikasitetin e tyre. Kjo perfshinsa vijon:
• Motori me djegie të brendshme (pistoni), i cili është një mekanizëm ku një pjesë e energjisë kimike të karburantit që digjet konvertohet në energji mekanike. Pajisjet e tilla mund të jenë gaz dhe lëng. Ka motorë me 2 dhe 4 goditje. Ata mund të kenë një cikël të vazhdueshëm pune. Sipas metodës së përgatitjes së përzierjes së karburantit, motorë të tillë janë karburatori (me formim të përzierjes së jashtme) dhe naftë (me të brendshme). Sipas llojeve të konvertuesit të energjisë, ato ndahen në pistoni, avion, turbinë, të kombinuar. Efikasiteti i makinave të tilla nuk kalon 0,5.
• Motori Stirling - një pajisje në të cilën lëngu i punës ndodhet në një hapësirë të mbyllur. Është një lloj motori me djegie të jashtme. Parimi i funksionimit të tij bazohet në ftohjen/ngrohjen periodike të trupit me prodhimin e energjisë për shkak të një ndryshimi në vëllimin e tij. Është një nga motorët më efikas.
• Motor turbinë (rrotullues) me djegie të jashtme të karburantit. Instalime të tilla gjenden më shpesh në termocentralet.
• Turbina (rrotulluese) ICE përdoret në termocentralet në modalitetin e pikut. Jo aq e zakonshme sa të tjerët.
• Një motor turboprop gjeneron një pjesë të shtytjes për shkak të helikës. Pjesa tjetër vjen nga gazrat e shkarkimit. Dizajni i tij është një motor rrotullues (turbinë me gaz), në boshtin e të cilit është montuar një helikë.
Lloje të tjera të motorëve me ngrohje
• Motorë raketash, turbojet dhe avionësh që marrin shtytje nga zmbrapsjagazrat e shkarkimit.
• Motorët në gjendje të ngurtë përdorin lëndë të ngurta si lëndë djegëse. Kur punoni, nuk ndryshon vëllimi i tij, por forma. Funksionimi i pajisjes përdor një ndryshim jashtëzakonisht të ulët të temperaturës.
Si të përmirësoni efikasitetin
A është e mundur të rritet efikasiteti i një motori me ngrohje? Përgjigja duhet kërkuar në termodinamikë. Ai studion transformimet e ndërsjella të llojeve të ndryshme të energjisë. Është vërtetuar se është e pamundur të konvertohet e gjithë energjia termike e disponueshme në elektrike, mekanike, etj. Në të njëjtën kohë, shndërrimi i tyre në energji termike ndodh pa asnjë kufizim. Kjo është e mundur për faktin se natyra e energjisë termike bazohet në lëvizjen e çrregullt (kaotike) të grimcave.
Sa më shumë të nxehet trupi, aq më shpejt do të lëvizin molekulat që e përbëjnë atë. Lëvizja e grimcave do të bëhet edhe më e çrregullt. Së bashku me këtë, të gjithë e dinë se rendi mund të kthehet lehtësisht në kaos, gjë që është shumë e vështirë për t'u porositur.
