Este Artículo de Wikipedia dice:
Mayoría de los motores acero tiene un límite termodinámico de 37%.
¿Es correcto? Si es así entonces no es claro de donde viene este número. ¿Se deriva de alguna manera del teorema de Carnot? He intentado en google pero nada encontró útil.
Si este límite del 37% es incorrecta ¿qué es límite correcto?
Estoy básicamente de acuerdo con Chase respuesta - con algunas adiciones. Pero vamos a ver a fondo qué hay detrás de esa frase en la Wikipedia ("la Mayoría de los de acero que los motores tienen un límite termodinámico de un 37%").
Motores de combustión interna son modelados por el ciclo de Otto en lugar de por el ciclo de Carnot. Mirando este enlace para el ciclo de Otto (o este gran enlace del MIT), se puede observar que en este ciclo hay cuatro temperaturas involucradas, y la eficiencia está dada por
$$ \epsilon_O = 1-\frac{T_4 - T_1}{T_3 - T_2}. $$
Sin embargo, en un ciclo de Otto ideal tenemos que $T_4/T_1 = T_3/T_2$, y se obtiene una "eficaz Carnot forma" para la eficiencia:
$$ \epsilon_O = 1-\frac{T_1}{T_2}. $$
Ahora, usando la isentrópica ecuaciones de los gases ideales, se obtiene la siguiente expresión simple
$$ \epsilon_O = 1- \frac{1}{(V_1/V_2)^{\gamma -1}}, $$
donde $\gamma$ es la relación de calor específico ($c_p/c_v$)
Al final de la Wikipedia frase que usted cita, hay una referencia a un supuesto por la Universidad de Washington (ver enlace aquí). Allí se afirma que la mayoría de los actuales auto motores tienen una relación de compresión $V_1/V_2=10$ y la mezcla de aire, vapor de gasolina, CO$_2$, CO y H$_2$S de una efectiva relación de calor específico de $\gamma=1.27$. Conectando en la fórmula obtenemos $\eta_O=0.46=46\% $, que es bastante cerca de lo que Chase dijo. Yo diría que se trata el límite teórico para la eficiencia del motor de combustión interna!
Pero, ¿cómo se consigue $35-37\%$ lugar? Aquí tengo que citar la Uni de Washington enlace directamente:
(...) se obtiene h = 0.46. Multiplica esto por alrededor de 0,75 a cuenta de ciclo real de los efectos (tales como el tiempo que se tarda en grabar, las pérdidas de calor a el refrigerante, y las válvulas de escape que se abren antes de que el pistón completamente alcanza la posición inferior) y tiene h = 0.35.
Así que, en conclusión, después de una cuidadosa mirada a través de los diferentes enlaces, tengo que estar de acuerdo con Chase (con la descrita anteriormente adiciones), el límite de eficiencia dictada por la termodinámica es ~46%, y el 35% de límite llega cuando la vida real se tienen en cuenta consideraciones. Aunque es cierto que esta "vamos a multiplicar por 0,75enfoque de" no suena muy bien fundamentada en su propia. Pero al menos responde a su pregunta "de dónde viene este número de".
La temperatura de combustión de la gasolina es de alrededor de 550K. Por lo que el límite de Carnot para un gasolina-motor de la quema al aire libre es de aproximadamente $$ \epsilon_C = 1-\frac{T_f}{T_i} = 1 - \frac{275 \mathrm{K}}{550 \mathrm{K}} =50\% $$
Aquí me he tomado la salida de la temperatura cerca del punto de congelación, que es un rudimentario estimación en el mejor (como dmckee puntos). Esto nos proporciona una áspera límite superior de la estimación para el ideal inalcanzable de la eficiencia.
Ya que esta es mucho mayor que el $37\%$ figura, podemos inferir que consideraciones adicionales han llegado al "límite termodinámico". En particular, los detalles del motor de ciclo dependerá del motor de geometría, accidente cerebrovascular patrón etc. He aquí un genial sitio web que muestra un par de P-V diagramas para los verdaderos motores.
Como se indicó anteriormente, la eficiencia termodinámica se basa en la temperatura de una fuente de calor de la energía y una fría del fregadero de la energía después de que se utiliza para generar trabajo. Puesto que la temperatura de la fría del fregadero es la temperatura del ambiente, y no puede ser cambiado, la única manera de aumentar la eficiencia termodinámica de un motor de combustión interna, para aumentar la temperatura de la fuente caliente de la energía. En efecto, desde un punto de vista práctico, deshacerse de el radiador, y construir una cerámica motor que puede soportar el pleno calor de combustión sin refrigeración externa. Esto ha sido hecho, y funciona como se esperaba desde un punto de vista termodinámico ... la eficiencia termodinámica (y por lo tanto el rendimiento de la gasolina) inmediatamente sube dramáticamente. Por desgracia, la cerámica son frágiles, difíciles de trabajar, y no se sienten bien cuando se los expone a un choque térmico, tal como sería de esperar cuando el motor se arranca y se está calentando. Así, la integridad mecánica de la cerámica del motor es lo que le impide ser implementado en la práctica. SI (y esto es un GRAN SI) usted o alguien más puede encontrar una manera de construir una cerámica motor que es también de mecánica, por un precio que es aproximadamente igual a la corriente del motor de los precios, que sin duda se convertirá en un millonario en poco tiempo.
I-Ciencias es una comunidad de estudiantes y amantes de la ciencia en la que puedes resolver tus problemas y dudas.
Puedes consultar las preguntas de otros usuarios, hacer tus propias preguntas o resolver las de los demás.
