Cu siguranță mulți se întreabă ce este acela al performanta termica sau eficienta termica, cum poate fi calculată sau cât are motorul vehiculului dvs. Toate aceste îndoieli sunt de înțeles, deoarece eficiența unui motor va depinde de aceasta. Adică capacitatea de a transforma energia furnizată de combustibil în performanță mecanică reală.
În plus, a nu se confunda cu randamentul volumetric a unui motor, care este raportul dintre aerul aspirat în cilindru și volumul pe care îl poate conține în funcție de deplasare de acelasi. Acesta este un alt factor care intervine direct în putere, motiv pentru care motoarele aspirate, cu capacitate egală, ating o putere mai mică decât motoarele supraalimentate (turbo).
Care este randamentul termic al unui motor cu ardere internă?
La eficiență termică a unui motor este capacitatea unui motor de a transforma energia furnizată de combustibil în timpul arderii în performanță mecanică. Toți designerii speră să creeze un motor cu eficiență de 100%, pentru că acesta ar fi ideal. Cu toate acestea, în practică, acest lucru nu este posibil, deoarece eficiența este îngreunată de frecarea pieselor, pierderea sub formă de căldură etc.
În mașinile de stradă, motoare pe benzină au o performanță termică sau o eficiență de 30%. Aceasta înseamnă că 30% din energia furnizată de benzină este de fapt folosită pentru a genera energie, restul este irosită sub formă de căldură.
În cazul Motor diesel, randamentul este ceva mai bun, cu 40%, deoarece au un nivel de compresie mai mare. Prin urmare, sunt ceva mai eficiente decât benzina, deși nici nu este o cifră prea mare.
În prezent, au reușit îmbunătățiri ale eficienței considerabil datorită sistemelor hibride. De exemplu, randamentul termic in Formula 1 este mult mai mare, datorită apariției motoarelor V6 Turbo cu MGU-K și MGU-H. Mai exact, a crescut de la 30% din motoarele convenționale pe benzină, la aproximativ 50%. Asta înseamnă că jumătate din energia furnizată de combustibil este folosită.
Acest caz particular este o consecință a includerii unor sisteme precum MGU-K, sau frână regenerativă, capabilă să obțină energie din frânare, și de la MGU-H, care valorifică și energia gazelor de eșapament.
Performanță termică ideală, eficientă și maximă
În 1824, fizicianul francezul Sadi Carnot, a studiat eficiența termică a unui motor termic ideal în funcție de temperatura dintre sursele calde și reci. Acest lucru este aplicat în prezent pentru a calcula eficiența sau performanța termică a oricărui motor termic, fie că este o pompă de căldură, un motor cu ardere sau un sistem de răcire. Deși în acest articol ne vom concentra pe motoarele cu ardere, având în vedere tema AM.
În plus, există trei tipuri de performanță termică Când vorbești despre un motor cu ciclu Otto sau Diesel:
- Ideal: este definit ca raportul dintre cantitatea de energie transformată în muncă utilă și cantitatea de energie furnizată. Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, niciun motor nu își poate transforma toată energia în lucru mecanic. Prin urmare, în practică nu există un motor cu o eficiență termică ideală.
- Bani lichizi: este performanța termică reală a unui motor.
- Maxim: este performanta maxima a unui tip de motor, de exemplu cele 30% si 40% (aprox.) mentionate mai sus pentru benzina si motorina. Cu alte cuvinte, limitările arhitecturale sau limitative ale unui tip de mașină termică.
Eficiența termică diesel vs. benzină
Eficiența termică a unui motor Ciclul Otto (benzină) nu este la fel cu cel al unui motor ciclu diesel. Se comportă diferit la nivel termodinamic, iar acest lucru le face să aibă diferențe în ceea ce privește eficiența. În plus, un motor alternativ în 4 timpi nu este același cu un motor Wankel etc.
Ciclul Otto
într-un motor de Ciclul Otto, care corespunde ciclurilor termodinamice pentru motoarele pe benzină, etanol sau pe gaz, indiferent dacă acestea sunt în 2 timpi (1 tură a arborelui cotit) sau în 4 timpi (2 ture a arborelui cotit). În aceste motoare există o serie de etape precum admisie, compresie, ardere sau aprindere, expansiune și evadare.
În aceste motoare, eficiența sau performanța termică depinde de rata compresiei, adică între raportul dintre volumul maxim și cel minim al camerei de ardere. Cu cât raportul este mai mare, cu atât eficiența este mai bună, deși ar fi necesari și combustibili cu octan ridicat pentru a evita un fenomen cunoscut sub numele de detonare (autoaprinderea combustibilului înainte de apariția bujiei).
Pe scurt, performanța termică medie a unui motor bun Otto în 4 timpi este între 25 și 30%, în funcție de tipul de motor și de producător.
Ciclul Diesel
acest ciclu diesel stabilește și diagrama de comportament termic pentru un motor diesel în 4 sau 2 timpi. În acest caz, există câteva particularități, la care trebuie adăugat raportul său de compresie mai mare în comparație cu motoarele pe benzină. Prin urmare, eficiența termică în acest caz variază de la 30 la 45%.
Ca o curiozitate, cel mai eficient motor diesel din lume in momentul de fata masoara 5 metri inaltime si 9 metri lungime, cu 13.142 cai putere. Este despre Wärtsilä 31, fabricat în Finlanda și destinat utilizării navale. Acest motor consumă aproximativ 38.8 tone de combustibil pe zi, lucru care pare revoltător, dar nu este atât de mult când vorbim despre acest tip de masă pentru bărci...
Este posibil un motor termic 100% eficient?
Această întrebare este foarte recurentă, iar adevărul este că nu este posibil să obțineți un motor sau o mașină cu a 100% randament. asta e doar teoretic. Realizarea unei mașini perfecte ar fi o realizare și ar reduce consumul de energie, dar asta ar însemna crearea unui motor atât de eficient încât să poată transforma toată energia combustibilului în mișcare.
Dar nu este cazul, la motoarele reale, deoarece există frecare între piese, căldura care scapă etc. Cu lubrifianți îmbunătățiți, arhitecturi noi ale motoarelor, tehnologii de injectie, Etc, eficiența este îmbunătățită, dar este imposibil să ajungi la acel 100%.
Și, desigur, nu este posibil să se realizeze un motor cu o eficiență termică peste 100%, deoarece asta ar fi ca și cum ai spune că se obține energie nouă, ceva care încalcă direct prima lege a termodinamicii.
Calculul randamentului termic
la calcula eficienta termica sau performanta termica a unui motor fie, trebuie aplicată formula Carnot:
Unde Th este temperatura sursei fierbinți a mașinii, în acest caz motorul cu ardere internă, iar Tc este temperatura sursei reci. Prin urmare, rezultă că pentru a obține o eficiență mai mare, temperatura dintre fluidul cald și cel rece trebuie să fie cât mai disparată.
Acest lucru este, evident, foarte generic, iar dacă doriți să aplicați la a motor de combustie interna ca cea a mașinilor, atunci formula ar trebui să fie așa:
În acest caz, W este munca efectuată, Qc este sursa sau sursa fierbinte, Qf este sursa rece căreia motorul degajă căldură. În plus, pentru ca legea conservării energiei să nu fie încălcată, trebuie îndeplinit ca focarul fierbinte să fie egal cu munca adăugată căldurii focarului rece. Și va fi întotdeauna adevărat că 0<η<1. Pe de altă parte, ar trebui să fie, de asemenea, clar că munca (W) va fi egală cu aportul de căldură minus puterea de căldură.
O altă modalitate de a calcula eficiența unui motor este cunoașterea puterea utila si puterea consumata in kW. Aceasta este cheia raportul de compresie al motorului, deoarece cu cât este mai mare, cu atât eficiența este mai bună.
De exemplu, dacă aveți 200 J de energie termică ca aport de căldură, iar motorul poate face 80 J de lucru, atunci 80/200 = 0.4 (0.4 x 100 = 40% eficiență). Același lucru s-ar întâmpla dacă se măsoară căldura evacuarii motorului, de exemplu, dacă energia introdusă în motor este de 200 J de către combustibil și se observă o putere de evacuare de 120 J, atunci munca efectuată este de 80 J ( 200 J). -120) iar randamentul este de 40%, deoarece daca imparti 120/200=0.6, care este energia care se iroseste si deci nu se transforma in munca...