Cos'è un motore termico?

Un motore termico è un dispositivo utilizzato per convertire l'energia termica o il calore in lavori meccanici.Questo viene fatto quando il calore, proveniente da una fonte calda, attraversa il motore stesso e in un lavello freddo.Il lavandino a freddo è la parte a basso temperatura di un ciclo termodinamico, come l'unità di condensazione che si trova nel ciclo di Rankine, o vapore.Esistono molti tipi diversi di motori di calore, ognuno dei quali ha il suo ciclo specifico.Alcuni esempi di motori di calore includevano il vapore e i motori a combustione interna, insieme a motori Stirling e turbine a gas. In comune, un motore di calore sarà confuso con il ciclo termodinamico che si svolge all'interno del motore stesso.Ciò è principalmente dovuto al fatto che i motori di calore sono spesso classificati dai loro specifici cicli termodinamici.Il dispositivo stesso che converte l'energia termica al lavoro è noto come motore, mentre il modello termodinamico applicato al motore è il ciclo.Per questo motivo, i motori a vapore non sono indicati come motori Rankine.

Un motore termico efficiente proverà a imitare il rispettivo ciclo nel miglior possibile.Maggiore è la differenza di temperatura tra la sorgente calda e il lavandino freddo all'interno del ciclo, più è efficiente il motore.Ad esempio, un motore a vapore efficiente richiede sia una fonte di calore ad alta temperatura che un lavello freddo a bassa temperatura.Nel ciclo di Rankine, una caldaia utilizza un bruciatore ad alta temperatura per convertire l'acqua nel vapore.Questo vapore attraversa il motore e viene quindi condensato in acqua attraverso un condensatore a bassa temperatura.

Più freddo è il condensatore, più vapore verrà condensato in acqua.Questo perché i condensatori sono fatti per invertire efficacemente il processo di saturazione effettuato dalla caldaia.Ciò contribuirà a raggiungere tassi di condensazione più elevati;Maggiore è il tasso, più acqua verrà restituita.Ciò aiuta ad aumentare l'efficienza complessiva del ciclo del vapore.

Mentre l'efficienza del motore termico può essere altamente ottimizzata attraverso una grande differenza di temperature tra la fonte calda e il lavandino a freddo, è ancora limitata.Questo perché la temperatura del lavandino freddo dipende dalla temperatura che lo circonda, che in alcune situazioni non può essere raffreddata alle condizioni ideali.Per questo motivo, l'efficienza di un motore termico è limitata ai limiti di temperatura del lavandino freddo.Una soluzione comune a ciò è aumentare la temperatura della fonte calda;Tuttavia, anche questo è limitato alla mancanza di resistenza al materiale a temperature elevate.

L'efficienza del motore termico varia a seconda del motore e del ciclo specifici.L'efficienza termica varia dal 3%a circa il 70%, con i motori delle auto che raggiungono un'efficienza termica da qualche parte intorno al 25%.I motori di calore più efficienti si trovano nelle grandi centrali elettriche, dove vengono utilizzate sia turbine a gas che a vapore per generare elettricità.