¿Según Carnot eficacia fórmula $\eta=1-T_C/T_H$, podemos decir que los motores de los coches son más eficientes en días fríos donde $T_C$ (la temperatura de los alrededores) es menor que en días calientes?
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Floris
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La eficiencia real del motor es más probable que no, impulsado por la "toma de temperatura", pero por la viscosidad de los lubricantes. En un día frío de un motor tiene que trabajar mucho más difícil de mover el aceite, y esto definitivamente va a afectar (negativamente) la eficiencia - al menos hasta que el motor se calienta.
Siguiente, la temperatura en la parte caliente del ciclo será menor, puesto que la misma cantidad de combustible que calienta el aire de admisión a una menor temperatura final (se inicia a una temperatura más baja). Este es el punto que Kieran hecho.
Por último, el motor no "dar calor" en el final del ciclo, sino que la libera los gases de escape al final de la carrera de compresión, cuando aún tienen una importante presión. El cambio en el volumen es el mismo, pero la presión inicial es menor (debido a que el gas que comenzó el fresco). Esto significa que el trabajo realizado por cada golpe va a ser menos. Creo que este es el aspecto más importante en este caso.
Yo a la conclusión de que un ordinario motor de combustión interna sería menos eficiente a bajas temperaturas. Y donde yo vivo, yo sin duda significativamente menor kilometraje de mi coche en invierno (pero hay muchos otros factores que contribuyen - no sólo de la termodinámica).
Hay un montón de factores que intervienen aquí, pero como los motores de combustión interna siga el Otto o Diesel ciclo, los ciclos (que son menos eficientes que el ciclo de Carnot) son el modelo a seguir, en lugar de la de Carnot el ciclo de sí mismo.
Digamos que reducir la entrada de aire a la temperatura de 300 grados Kelvin a 270 grados Kelvin (90%), manteniendo una relación de compresión y RPM de la misma.
Ahora, el motor se ingiere el mismo volumen de aire, pero la mayor masa. Esto significa que una mayor masa de combustible que se necesita y un mayor poder de ser producido.
La compresión de paso sigue siendo el mismo, es decir, si antes de que se duplica la temperatura de 300K a 600K, ahora será el doble de la temperatura de 270K a 540K. La cámara de combustión a presión antes de la ignición, también será el mismo.
La quema del combustible ahora el aumento de la temperatura por una cantidad fija, por lo que en el primer caso, se va a llegar a 600+2000=2600K y en el segundo caso va a llegar a 540+2000=2540K.
La expansión de ahora la mitad de la temperatura (suponiendo que la reversibilidad y dejar de lado el menor cambio en la composición de los gases durante la combustión) por lo que las temperaturas de escape son 1300K y 1270K.
Lo que podemos ver de este teórico motor de combustión interna de ciclo es que la eficiencia de compresión y expansión se determina sólo por la relación de compresión. Pero también tenga en cuenta que una proporción significativa de la energía generada en la expansión es necesaria para la unidad de la compresión. La proporción es ligeramente menor a la temperatura más baja (debido a la fija, el aumento de la temperatura proporcionada por combustión), de modo que el motor teóricamente correr un poco más eficiente a menor temperatura.
Por idéntica eficacia, necesitaríamos que el combustible para aumentar la temperatura de 2000K en la 300K ambiente de caso y 1800K en el 270K ambiente de caso. Pero como el aumento de la temperatura de combustión es independiente de la temperatura ambiente, la temperatura ambiente inferior da una mayor eficiencia, al menos en teoría.
Hay muchos factores prácticos que pueden afectar a este análisis. La primera es que mi escape temperaturas son extremadamente altas. Te puedo asegurar que un aumento de la temperatura de 2000K es típico para la combustión completa de los hidrocarburos en el aire (yo soy una caldera de ingeniero, pero he aquí una tabla para aquellos que gustan de verificación http://en.wikipedia.org/wiki/Adiabatic_flame_temperature.) De émbolo de combustión interna los motores de ejecutar en cerrar para completar la combustión de todo el aire ingerido, por lo que parece que hay pérdidas significativas para el sistema de refrigeración durante el proceso de combustión.
Mi propia experiencia es más con turbinas de gas industriales, que tienen, en proporción, mucho menos daño a los sistemas de refrigeración, y una temperatura de escape arount 800K. Turbinas de Gas nunca queme el combustible suficiente para utilizar todo el oxígeno en el aire de entrada, debido a la expansión de la turbina se derrita. Si los materiales adecuados estaban disponibles iban a utilizar todo el oxígeno, lo que los haría mucho más eficiente.
La siguiente cosa a considerar es el de sincronización de la válvula. Es evidente que si tenemos la misma proporción de la compresión y expansión de accidente cerebrovascular, tenemos efectivamente la misma masa de gas que entra en el motor en 270-300 y dejarlo a temperatura más elevada. La temperatura más alta significa que hay una alta presión al final de la expansión del accidente cerebrovascular, y si la válvula de escape se abre muy temprano, alrededor de 2-3 bar absolutos (1-2 bar manómetro) de presión será en vano. Aunque hay de momento las sugerencias de formas de mejorar esta situación, incluyendo el cierre de la válvula de entrada de tarde (para reducir la compresión) y la apertura de la válvula de escape tarde (para aumentar la expansión) este no es un patrón común de operación. Una razón es que cuando hay sólo 1-2 bar de presión con manómetro de la izquierda, la cantidad de fricción significa que no mucha potencia al eje puede ser útil extraída. Sin embargo los motores modernos son a menudo capaces de variar su sincronización de la válvula y esto complica en el mundo real análisis considerablemente.
En tercer lugar, como por el análisis anterior de un motor producirá más potencia en condiciones más frías, debido a la mayor masa de aire ingerido. Si se produce más energía de fricción y permanece la misma, sería de esperar que un pequeño aumento en la eficiencia del motor, también.
Por último, consideremos los motores turboalimentados. Aquí la presión en el gas de escape que de otro modo se perdería se utiliza para accionar una turbina, la cual comprime el aire en la entrada del motor. El principal motivo de esto es para aumentar la potencia al aumentar el flujo de masa en el motor. El trabajo de compresión se calienta el aire de la entrada, de modo que un intercooler está instalado entre el turbocompresor y el motor. El propósito de esto es para enfriar el aire hacia abajo a la temperatura ambiente para aumentar aún más el flujo de masa de aire en el motor.
En conclusión, las condiciones frías producir un aumento mensurable de la potencia del motor (de lo contrario intercoolers no sería instalado en los motores turbo.) De acuerdo a un teórico de análisis de ciclo también se produce un aumento en la eficiencia, aunque esto es probablemente demasiado pequeño para ser medibles, y puede ser negado o invertido por otros factores.
JRT
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Un motor de automóvil utiliza (aproximadamente) un ciclo denominado ciclo de Otto, pero es lo suficientemente cerca para un ciclo de Carnot que los mismos conceptos se aplican. La temperatura caliente es la temperatura de los gases después de la detonación, y el frío de la temperatura es la temperatura de los gases cuando dejan de hacer el trabajo es decir, cuando la válvula de escape se abre y los gases de salida del cilindro. No es la temperatura externa. Esto es lo que supongo dmckee alude en su comentario, aunque yo no recomiendo tocar el tubo de escape derecho por la válvula de escape, como los gritos, el ruido es molesto.
En principio, la temperatura externa tiene algún efecto, porque si el motor se arranca en frío aire del poste de la detonación de la temperatura será presumiblemente ligeramente inferior. En la práctica, tengo la sospecha de motor los sistemas de gestión de compensar esto. De todos modos, en una primera aproximación, la temperatura externa no afecta a la eficiencia termodinámica del motor de un coche.
lionelbrits
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La eficiencia del motor está limitada por la relación de las dos temperaturas, I. e. su capacidad para extraer de trabajo de que la diferencia de temperatura. Sin embargo, la mayoría de las personas están interesadas en la eficiencia del combustible, y aquí usted tiene que considerar la cantidad de energía que tiene que ir en la creación de que la diferencia de temperatura, no sólo la cantidad de trabajo que puede ser extraída. Así que en días muy fríos, una gran cantidad de combustible que se utiliza sólo para luchar contra la pérdida de calor a través de la conducción, así como para llevar los reactivos a temperatura de combustión (aquí la energía libre es importante). Las bajas temperaturas también conducir a la combustión incompleta. La única gracia es que la entrada de aire es más denso, por lo que proporciona más oxígeno, pero no sé cómo de grande que en efecto es.
Kieran Hunt
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1870
Motores de combustión interna no Carnot motores, pero operan en una similar de la termodinámica principio, así que por el bien de esta pregunta, digamos que son.
$T_\textrm{H}$ es alcanzado mediante la adición de energía térmica de la combustión de $T_\textrm{C}$, la temperatura del agua de entrada. La energía producida por la combustión de un volumen de octano es fijo (suponiendo que lo hagan de manera eficiente, no sólo depende de las propiedades químicas de octano, oxígeno, dióxido de carbono y agua), la adición de $\Delta T$ para un volumen dado de entrada. Por lo tanto podemos escribir $T_\textrm{H} = T_\textrm{C} + \Delta T$, y luego reescribir la eficiencia como: $$ \eta = 1-\frac{T_\textrm{C}}{T_\textrm{C} + \Delta T} $$
Fijo $\Delta T$, vemos que $\eta$ disminuciones $T_\textrm{C}$ se incrementa sin embargo, alrededor de estándar de temperaturas de funcionamiento, esta diferencia va a ser muy pequeño!
