Motores de calor verdaderos siempre tienen menor eficacia que la eficiencia de Carnot.
¿Me pregunto Cuán eficiente real motores pueden ser? ¿Puede su eficacia conseguir dondequiera cerca del límite de Carnot?
Respuestas
¿Demasiados anuncios?
El más eficiente de los motores térmicos son, invariablemente, la más grande y más lento de trabajo. Para una turbina de vapor, "más lento de trabajo" significa tener muchas etapas de la turbina, de modo que el trabajo se extrae el vapor como "poco a poco" se expande en muchas etapas, haciendo una pequeña cantidad de trabajo en contra de muchas etapas de la turbina. La alta estabilidad térmica de un gran sistema significa que una gran diferencia entre la parte superior e inferior del depósito, las temperaturas pueden ser respetado, y por lo tanto un alto potencial de la eficiencia de Carnot. Un motor alternativo de la eficiencia es, por lo general, por lo que es correr muy lentamente: uno o dos hertz máximo.
El Vapor de Energía Eléctrica de la Estación de la página de la Wiki de los estados reales de la eficiencia de vapor grandes plantas de electricidad de entre el 33% y el 48%. Suponiendo que el vapor de escape de la turbina puede, por ejemplo 100C (373K), si el 48% eran cerca de Carnot eficiencia, esto significaría un depósito superior de la temperatura de $T_{max}$ da por:
$$1-\frac{T_{min}}{T_{max}} = \eta \Leftrightarrow T_{max} = \frac{T_{min}}{1-\eta} = \frac{373}{1-0.48} = 720K$$
Esto es algo por debajo de lo contemporáneo, la tecnología puede sobrecalentamiento de vapor; desde el artículo:
Yo cogeré áspero temperaturas de 1300K (2000F) que están dentro del alcance de un radiante del sobrecalentador. Esto implicaría una eficiencia de Carnot
$$\eta = 1-\frac{T_{min}}{T_{max}} = 1-\frac{373}{1300} = 71\%$$
Así que parece que incluso en estas altas eficiencias, estamos trabajando por debajo de la la eficiencia de Carnot. Sería bueno para obtener la entrada de una energía tecnólogo en este punto a la firma de algunas de estas figuras.
La Tierra más grande del motor de combustión interna es el Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, de dos tiempos, catorce cilindro de 750MW monstruo se utiliza para alimentar el buque Emma Maersk. Las especificaciones del fabricante del estado una eficiencia térmica superior a 50%, que ellos definen explícitamente como el trabajo de salida dividida por la energía libre de la quema de combustible en la reacción. Como hemos visto anteriormente, esto implicaría un depósito superior de la temperatura de la orden de $700K$ si se tratara de alcanzar la eficiencia de Carnot, que es bastante más fría que la probabilidad inicial de la temperatura de los productos de la combustión.
Editar después de Más de Lectura y Pensamiento:
Una atenta lectura de la Ganapathy referencia citada y un poco más de pensamiento sobre esta interesante cuestión conduce a los siguientes comentarios.
La salida de vapor de la temperatura de un moderno powerstation sobrecalentador es probable que se de la orden de $850{\rm K}$ a $900{\rm K}$ ($1100^o{\rm F}$) y esta debería ser la figura tomamos como nuestro superior temperatura de reservorio. Yo estaba tomando el depósito superior de la temperatura de la radiación en el sobrecalentador ($1300{\rm K}$), pensando que la diferencia entre el gas y la temperatura de radiación es una ineficiencia que debe ser incluida. Sin embargo, presumiblemente, podemos pensar en el horno como un sistema cerrado a un lado de la entrada de calor y la salida de vapor y que ninguna otra, o un poco de otro, la energía se pierde en el horno sistema. Coincidentemente, $850{\rm K}$ es también la temperatura a la que el moderno aceros inoxidables utilizados en las palas de las turbinas puede soportar a largo plazo sin necesidad de fluencia (véase la "Eficiencia" de la sección de la máquina de Vapor la Página de la Wiki). También, se podría argumentar legítimamente que la pregunta podría ser tomado para pedir la eficiencia de la turbina solo, y no de la caldera - sistema de turbina. Siendo esto así, $T_{max}=850{\rm K}$ sería una suposición razonable.
Modernas turbinas de vapor en realidad han embalse de temperaturas por debajo de $100^o{\rm C}$: ellos son sellados y sus posteriores etapas de trabajo por debajo de la presión atmosférica. Por lo que la baja temperatura de reservorio $T_{\min}$ es más como $30^o{\rm C}$ :$300K$.
Con estas cifras, nuestro turbina del potencial de la eficiencia de Carnot sería:
$$\eta = 1-\frac{T_{min}}{T_{max}} = 1-\frac{300}{850} = 65\%$$
que, para un sistema en el extremo superior de la escala de la [Wikipedia $33\%$ $48\%$estimaciones]((http://en.wikipedia.org/wiki/Steam-electric_power_station), implica una eficiencia de trabajo (trabajo de salida en comparación con la de Carnot eficiencia) de
$$0.5/0.65 = 77\%$$
Así que yo sugeriría que esta es una buena respuesta, y lo más cercano a una respuesta como vas a conseguir en este foro, a menos que escuchamos de una energía tecnólogo. Para las turbinas de vapor lo hacen bastante bien. Curiosamente, si usamos el "experimental" Novikov fórmula citada, nos augura una eficiencia bajo estas condiciones de
$$1-\sqrt{\frac{300}{850}} = 41\%$$
así que esto es un poco pesimista para la moderna turbina de vapor, que es el dechado de moderna de la eficiencia en motores de calor, con una gran cantidad de investigación que se de entrada a la computadora sofisticada de control de supercrítica sobrecalentadores y los hornos.
mem64k
Puntos
445
La eficiencia de un motor térmico de ciclo dependen en gran medida de los procesos individuales que componen el ciclo son ejecutados. Así la eficiencia del ciclo se puede maximizar el uso de los procesos que requieren la menor cantidad de trabajo y entregar la mayoría de que es mediante el proceso reversible. En 1824, el ingeniero francés Sadi Carnot propuestas de mejores reversible ciclo de Carnot el ciclo.En el caso de Carnot motor de la adición de calor y el rechazo de la reserva o de una fuente de calor para el motor y de motor para lavabo está a temperatura constante y de manera reversible Reversible, es decir, de la Isoterma de estado debido a que el calor total suministrado se utiliza o se convierten a la obra con la ayuda del motor y la generación de entropía es cero. Resto de Expansión y Compresión del proceso son también de manera reversible. Mientras que en el calor normal del motor, el proceso es irreversible debido a un fenómeno como la fricción, vibración,las pérdidas de calor, etc. así las pérdidas de calor son más cuando se la compara con la de carnot motor de calor. Debido a que los Verdaderos motores de calor siempre tienen un rendimiento menor que el de la eficiencia de Carnot. Un verdadero motor de la eficiencia, puede ser aumentado por
1) la Temperatura a la cual el calor se agrega la fuente de la temperatura, de modo que las pérdidas son menos como la generación de entropía es menor.
2) la Reducción de la temperatura del disipador yo.e temperatura a la cual el calor es un motor de rechazo de calor
