Dos fórmulas de eficiencia. Eficiencia

Mundo de tanques - juego de ordenador que barrió el mundo entero. Lo juegan jugadores de todo el mundo. Mientras juegan al simulador de tanques, muchos no duermen por la noche. Algún tiempo después del inicio del juego, el jugador se interesa en cuánto ha tenido éxito en sus logros. La eficiencia ayudará a hacer esto. Muchos jugadores nuevos se preguntan qué es la eficiencia en World of Tanks.

¿Qué es la eficiencia?

Literalmente, la abreviatura eficiencia denota el coeficiente acción útil... En otras palabras, este indicador indica qué tan útil puede ser un jugador para su equipo, así como qué tan buenas son sus habilidades en la batalla.

El cálculo de la eficiencia se basa en datos estadísticos. Al calcular el factor de eficiencia, se tiene en cuenta el número de victorias y derrotas, capturando una base enemiga y derribando la captura de una base aliada, detectando y destruyendo oponentes. Además, la técnica del jugador afecta el nivel de eficiencia. Es más fácil aumentar este indicador en equipos de alto nivel.

¿Para qué sirve la eficiencia?

Además, los principiantes están pensando para qué sirve la eficiencia de World of Tanks. Todo es muy sencillo. Hay dos explicaciones. El principal es que, dado que la eficiencia refleja las habilidades y habilidades en la batalla, es necesario prestarle atención al llevarlo a un clan. Es difícil entrar en un buen clan si este indicador es bajo.

Además, la eficiencia ofrece a muchos jugadores un incentivo adicional. Después de todo, quieres ser el mejor entre los demás. Como resultado, el jugador se esfuerza por mejorar sus estadísticas y eficiencia. Un aumento en este indicador complacerá el orgullo de cualquier jugador.

¿Cómo conoces tu eficiencia?

En el juego, la eficiencia se puede ver como una calificación personal. Pero los jugadores experimentados argumentan que el cálculo de la eficiencia dentro del juego se realiza de acuerdo con un algoritmo injusto, por lo que los laureles no siempre van para los ganadores. Esto significa que el jugador puede mostrarse bien en la batalla, pero al mismo tiempo aumenta su eficiencia muy levemente.

Para descubrir cómo el jugador es realmente útil para su equipo y qué habilidades posee, la eficiencia se mira de manera especial. recursos en línea... Para verificar su indicador personal, solo necesita mantener su apodo y hacer clic en el botón "Definir" o "Cargar datos". Los sitios más populares donde puede ver la eficiencia en World of Tanks son:

• wot-news.com;
• wot-game.com;
• wot-noobs.ru.

Viene al rescate "Olenemeter"

Directamente en el juego, la eficiencia de los jugadores ayuda a determinar el "Medidor de ciervo". Este es un mod especial que está instalado en el juego. Obtuvo su nombre por el hecho de que ayuda a determinar la experiencia del enemigo y detectar "ciervos", es decir, jugadores sin experiencia.

El mod resalta a todos los jugadores en un color determinado, dependiendo de las estadísticas y habilidades. Los pelirrojos no saben jugar nada, los naranjas un poco mejor que el primero... Se considera que los jugadores promedio son amarillo y las buenas son verdes. Los artesanos de clase alta se destacan en azul y los jugadores únicos se destacan en morado.

Pero el "Olenemeter" suele equivocarse, por lo que cuando ves al equipo contrario, en el que la mayoría de los jugadores están resaltados en rojo, no debes relajarte, ya que en este caso existe un riesgo muy alto de derrota. Por cierto, si se está perdiendo buenos juegos en línea, asegúrese de ir aquí, en este sitio encontrará una gran cantidad de entretenimiento virtual interesante. A veces vale la pena distraerse de los "tanques".

¿Cómo mejorar la eficiencia en World of Tanks?

Después de que se haya encontrado la respuesta a la pregunta "¿Qué es la eficiencia en World of Tanks?", Muchos jugadores se preguntan cómo aumentar este importante indicador. La estrategia aquí es muy simple: necesitas ganar puntos de captura, derribar la captura del enemigo, destruir enemigos y ayudar a tu equipo y aliados de todas las formas posibles, pero al mismo tiempo mantenerte con vida hasta el final de la batalla. Además, para mejorar la eficiencia, vale la pena elegir una técnica de al menos nivel 8, e incluso mejor, incluso superior.

La eficiencia (eficiencia) es el grado de eficiencia del uso de la energía del combustible en el motor; cuanto mayor es, más energía térmica de la combustión del combustible se convierte en el motor en energía mecánica de rotación del eje principal. Menos combustible consume el motor por unidad de potencia de salida.

ARTICULO 1

EFICIENCIA DEL MOTOR: AJUSTE DE IDEAS GLOBALES,
¿Hay posibilidades de mejorar los motores?

Los motores de combustión interna modernos hace muchas décadas, con el advenimiento de los sistemas de inyección directa y turboalimentación para el aire que ingresa a los cilindros, alcanzaron los valores actuales de eficiencia y ahorro de combustible. Por lo tanto, hoy en día, las corporaciones globales: los fabricantes de motores para automóviles y otros equipos gastan mucho dinero y muchos años de esfuerzos para aumentar la eficiencia en solo un 2 a 3% a expensas de los altos costos y una complicación significativa del diseño del motor. Los esfuerzos y costos resultan completamente incomparables con los resultados obtenidos. Fruto de todo esto - como dice el conocido proverbio - "la montaña dio a luz a un ratón".
Por cierto, esta es precisamente la razón por la que toda una industria de "ajuste de motores" opera en los principales países. una gran cantidad de pequeñas empresas, talleres de semi-artesanías y especialistas individuales que se comprometen a llevar de alguna manera los motores estándar de las marcas de automóviles producidos en serie a indicadores más altos de potencia, par, etc. someter el motor a un ajuste fino, revisión, forzado, etc. trucos, que se definen popularmente como ajuste del motor.

Pero todas estas medidas y acciones técnicas en motores son de naturaleza muy estándar, y todos estos ajustes son ideas de al menos medio siglo. Permítanme recordarles que la turboalimentación del aire que ingresa al motor se aplicó con éxito en los años 20 del siglo pasado, y el ingeniero suizo Alfred Büchi recibió la primera patente en los EE. UU. Para un dispositivo de este tipo en 1905 ... Y los sistemas de inyección directa de combustible en cilindros se utilizaron masivamente en los motores de pistón de la aviación militar ya en el período inicial de la Segunda Guerra Mundial. Aquellos. todo moderno "avanzado" sistemas tecnicos la lucha por mejorar la eficiencia y la eficiencia del combustible de los motores ya tiene menos de cien años, o incluso más. Con todos estos trucos, la eficiencia global de los mejores motores de gasolina (con encendido forzado por chispa) no supera el 25-30%, y la eficiencia de los mejores motores diésel en sus versiones de gran tamaño más económicas (que tienen muchos dispositivos adicionales complejos). ) no puede superar el 40-45%. Los motores diesel pequeños tienen una eficiencia un 10 por ciento menor.

En este artículo, intentaremos resumir brevemente y en un lenguaje popular las tareas principales y determinar las posibilidades teóricas de crear un motor de combustión interna con una eficiencia segura superior al 50%.

* * * Entonces - Eficiencia del motor, a juzgar por los libros de texto para universidades técnicas, consta de dos valores: eficiencia termodinámica y eficiencia mecánica .

El primer valor indica cuánto calor generado en el motor se convierte en trabajo útil y cuánto se pierde en el espacio circundante. La eficiencia mecánica indica cuánto del trabajo activo del motor se gasta inútilmente en superar varias resistencias mecánicas y en impulsar equipos adicionales en el propio motor.

Pero por alguna razón, en todos los libros de texto, el concepto de "eficiencia de combustible" no se introduce en el concepto de eficiencia general. Es decir, un valor que mostrará cuánto combustible se quema beneficiosamente y se convierte en calor y el volumen de gases de trabajo, y cuánto combustible no se quema y va al escape en forma de vapor de combustible o productos de su combustión incompleta. Es esta parte no quemada del combustible en los automóviles modernos "altamente eficientes" la que se quema en los catalizadores que se instalan en los tubos de escape. Aquellos. el escape debido al uso de estos sistemas resulta bastante limpio, pero este sistema no aumenta la eficiencia del combustible y la eficiencia del motor de ninguna manera. Al contrario, se reduce, porque para "bombear" una parte de los gases de escape a través de la "rejilla densa" de superficies catalíticas, el motor tiene que funcionar como una bomba sólida y gastar una parte considerable de su potencia en ello. Por supuesto, esta categoría está de alguna manera presente en las fórmulas para calcular la eficiencia, pero no está presente de manera explícita y tímida. Por ejemplo, en una forma como, por ejemplo, en una de las fórmulas para el balance general de calor hay un componente “Q n.s. - calor obtenido por combustión incompleta ". Pero todos estos enfoques adolecen de cierta vaguedad, por lo que intentaré presentar todo de la forma más clara y sistemática posible.

Entonces, la eficiencia general del motor se descompondrá en 3 partes principales:

• eficiencia de combustible;
• eficiencia térmica;
• eficiencia mecánica;

La esencia de estos valores es la siguiente:

Eficiencia de combustible- muestra cuánto combustible se quemó efectivamente en el motor y se convirtió en un volumen de gases de trabajo de alta temperatura y alta presión, y qué parte del combustible nunca se quemó en forma de productos de combustión incompletos, partículas carbonizadas (en forma de humo , hollín y hollín), o prácticamente en forma de vapor de combustible puro, pasó directamente por el motor y voló hacia el tubo de escape. Cuando te paras al lado de un viejo automóvil doméstico que funciona, especialmente un camión, y hueles un fuerte olor a gasolina, este resultado solo da un tipo ineficiente de combustión parcial de combustibles;
Eficiencia térmica - muestra cuánto calor recibido de la combustión de combustible se convierte en trabajo útil y qué cantidad se disipa inútilmente en el espacio circundante;
Eficiencia mecánica - muestra cuánto trabajo mecánico se convierte en una fuerza de torsión en el eje principal y se transmite al consumidor, y cuánto se gasta inútilmente en fricción o en accionar los mecanismos de soporte;

Consideremos brevemente todas estas posiciones:
Eficiencia de combustible - sobre este tema, no se pudieron encontrar datos inteligibles ni en los viejos libros de texto soviéticos sobre la teoría y el cálculo de los motores de combustión interna, ni en los infinitos recursos de la Internet moderna.
Fue posible encontrar datos inteligibles y significativos en esos datos sobre el cálculo de los posquemadores catalíticos de combustible no quemado para coches modernos... Después de todo, también necesitan calcular con precisión el rendimiento de sus posquemadores para un cierto volumen de hidrocarburos no quemados entrantes en los motores. Entonces, de estos datos se deduce que los motores de pistón (también diesel) queman en promedio no más del 75% del combustible, pero el 25% de los vapores del combustible y los productos de su combustión incompleta van al tubo de escape y necesitan los servicios de un postquemador ( para no envenenar medio ambiente). Aquellos. en los motores que existen hoy en día, no más del 75% del combustible se quema por completo y se convierte en calor. Para motores de 2 tiempos, este valor es aún menor.

Eficiencia térmica- en promedio, los motores de pistón tienen esta eficiencia en una cantidad del 35-40%. Aquellos. aproximadamente el 65% del calor generado se desperdicia en el medio ambiente a través del sistema de enfriamiento y a través de los gases de escape.

Eficiencia mecánica - en promedio, el 10% del trabajo del motor se gasta en la fricción entre sus partes y en el accionamiento de los mecanismos auxiliares del motor.

Como resultado, en términos de la suma de pérdidas térmicas y mecánicas, los motores de pistón modernos de tamaño y potencia pequeños tienen una eficiencia de no más del 30%.
Los motores grandes, como los motores diesel marinos o los motores grandes de locomotoras y camiones ferroviarios, son más fáciles de ahorrar energía, pero no hablaremos de ellos.

Pero, el valor de eficiencia del 30% no tiene en cuenta la proporción de combustible no quemado, es decir, no tiene en cuenta la utilidad de la combustión de vapores de combustible en el motor. Creo que, teniendo en cuenta este parámetro, el valor de la eficiencia real de los motores de gasolina de pistón no será superior al 20% y los motores diésel, un poco más, en aproximadamente un 5-7%.

El resultado es mejor que las máquinas de vapor de carbón con su eficiencia del 7-8%, pero aún muy poco.
Pensemos: ¿por qué la "eficiencia de combustible" especificada no se incluye en el concepto de eficiencia? ¿Por qué el concepto de eficiencia pasa por alto claramente la parte de combustible que no aporta una "contribución" de su parte al proceso de combustión y generación de calor? Aquellos. La mayoría de las pérdidas de los motores y cifras modernas abandonan el concepto de eficiencia. significados modernos¿Están claramente sobreestimados los factores de eficiencia sin tener en cuenta estas pérdidas?

La verdad radica en el significado mismo del término "eficiencia". Aquellos. es una determinación de la parte de trabajo útil - "acción", y la parte de trabajo inútil. Algo de trabajo o liberación de energía es beneficioso, y algo (por ejemplo, para superar la fricción o la energía térmica perdida con el escape) es inútil, pero está ahí y esta energía es tangible y se tiene en cuenta. Pero las pérdidas por combustible no quemado no se manifiestan ni en forma de calor inútil ni de trabajo inadecuado. Estos "inconvenientes del equilibrio" no son pérdidas de empleo o pérdidas de calor. Es un desperdicio, combustible en forma pura... Aquellos. estas pérdidas no son ni en julios ni en atmósferas, sino en gramos y litros. Y para tales pérdidas, la medición o contabilización bajo la categoría de pérdida de presión o pérdida de calor, no se pueden aplicar acciones inútiles o trabajos innecesarios.

Por lo tanto, de acuerdo puramente con las reglas de la lógica formal, el COEFICIENTE DE ACCIÓN ÚTIL no debe tomar en cuenta estas pérdidas. Para ello, debería haber un indicador y un determinante diferente, pero no existe un parámetro tan claro e inteligible de uso generalizado. Entonces obtenemos un indicador deliberadamente cortado y demasiado feliz de la eficiencia de los motores modernos, un indicador de eficiencia que tiene en cuenta solo una parte de las pérdidas ...

Pero, de hecho, la eficiencia total de los motores de combustión interna modernos resulta ser notablemente más baja que la eficiencia universalmente postulada de 35-40% de eficiencia. Después de todo, solo se tienen en cuenta el efecto beneficioso y la energía desperdiciada en vano y el trabajo extra producido por la parte quemada del combustible. Pero la pérdida de la parte no quemada del combustible del balance total de combustible suministrado al motor no está completamente determinada ...

INSPECCIÓN E INVENTARIO DE PÉRDIDAS EN PISTÓN DE HIELO Intentaremos considerar y analizar brevemente todas las pérdidas de energía contenidas en el combustible, una a una según las posiciones expuestas anteriormente. Y luego, considerar las posibilidades de deshacerse de estas pérdidas. Aquellos. Intentaremos formular el concepto y esbozar las características generales de un motor perfecto.

* * *
Primer nivel de pérdidas- combustión incompleta de combustible en las cámaras de combustión del motor. Todos los expertos saben que el combustible en los motores modernos se quema de forma incompleta y parte de él va al escape con los gases de escape. Es por eso que los motores de combustión interna modernos envenenan el aire con productos de la combustión incompleta de hidrocarburos y para obtener un "escape limpio" se instala un posquemador catalítico en el tubo de escape de los autos modernos, que "quema a posteriori" el combustible en las superficies de sus elementos activos. . Como resultado, el combustible que no se calienta en los cilindros se oxida inútilmente en estos catalizadores. Pero el escape se vuelve más limpio. Pero el precio de estos catalizadores con superficies de rodio y platino es muy alto y funcionan por un período limitado.

Tarea- para obtener un motor que quema COMPLETAMENTE combustible en sus cámaras de combustión y convierte completamente la energía de los enlaces químicos del combustible en calor y un gran volumen de gases de combustión simple, como vapor de agua y CO2.

Primero, considere por qué los motores de pistón tradicionales no queman combustible por completo. ¿Qué impide la implementación del proceso de combustión total?

La principal dificultad en los motores de pistón sobre este tema es la falta de oxígeno para la combustión, así como la implementación del proceso de combustión en un ciclo tecnológico con la expansión de los gases de combustión. La última situación se puede describir en otras palabras: la mezcla de trabajo no tiene suficiente tiempo para la combustión completa. Estas "enfermedades genéricas" de los motores de pistón son prácticamente incurables, por lo que la ingeniería pensada durante más de 120 años en tratar de deshacerse de ellas no ha encontrado la forma de hacerlo.

Echemos un vistazo más de cerca a este inconveniente: cuando el pistón está en el punto muerto superior (TDC), la mezcla de trabajo comprimida (PCm) se enciende. Comienza el proceso de combustión, que fluye durante algún tiempo. Una combustión aproximada de la Mezcla de Trabajo en un motor moderno de alta velocidad dura aproximadamente un milisegundo - 0.001 seg. En general, los 4 pasos se llevan a cabo en 0,02-0,04 segundos.

Se sabe que son deseables altas temperaturas y altas presiones para la combustión total y completa de los vapores de combustible. Pero inmediatamente después de que el pistón pasa el TDC, comienza a moverse hacia abajo con un aumento significativo en el volumen del espacio del pistón superior. Aquellos. A medida que el frente de combustión de la mezcla de trabajo (PCm) se esparce en la cámara de combustión, las primeras porciones del PCm quemado se quemarán a alta temperatura y alta presión. Pero las últimas porciones de PCM en llamas se encuentran en condiciones de presión y temperatura drásticamente decrecientes. En consecuencia, la utilidad de la combustión cae bruscamente o incluso se detiene por completo. Por esta razón, parte del PCM no tiene tiempo para quemarse o se quema de forma incompleta. Por lo tanto, parte del vapor de combustible va al tubo de escape y los gases de escape ciertamente contienen productos de la combustión incompleta de los hidrocarburos combustibles. Como resultado, parte del combustible no se quema y no convierte su energía en calor, y luego en la rotación del eje principal del motor, sino que solo contamina y envenena el aire circundante.

Es prácticamente imposible eliminar este inconveniente, ya que el diseño básico de un motor de pistón presupone el principio más importante de combinar dos procesos diferentes en un ciclo tecnológico "combustión - expansión": combustión y expansión de los productos de combustión. Es difícil combinar estos procesos, ya que cada uno de ellos procede de manera óptima en condiciones de condiciones óptimas mutuamente excluyentes para otro proceso.

De hecho, el proceso de combustión del PCM de carga comprimida tendrá lugar mejor en una cámara cerrada de volumen constante. En termodinámica, este proceso se define como un proceso "isocórico". Aquellos. la carga de PCM se quemará por completo y convertirá en calor y presión toda la energía de los enlaces químicos de los hidrocarburos combustibles en una cámara cerrada en condiciones de presión y temperatura en fuerte aumento.
Y el proceso de expansión se llevará a cabo mejor en condiciones de baja temperatura (para asegurar la lubricación de las superficies de deslizamiento y fricción de los elementos de trabajo del motor), con un ligero movimiento del cuerpo de trabajo principal (pistón).
Como puede ver, estas dos condiciones no se pueden cumplir por completo en los motores de pistón, por lo tanto, el proceso combinado de combustión-expansión sigue un "escenario de compromiso", cuando se crean pocas condiciones adecuadas para cada uno de los procesos, pero al final, todavía Permitir de alguna manera implementar el curso de estos procesos conjuntos con al menos un 50% de eficiencia. Como resultado, el proceso de operación de un motor de pistón moderno es una tecnología de compromisos difíciles continuos y pérdidas significativas.

Como resultado de tal "matrimonio de compromiso" con pérdidas para ambas partes involucradas en el caso, obtenemos el siguiente resultado:
— ocurre la quema en condiciones de una fuerte expansión de la cámara de combustión, e incluso a una temperatura significativamente baja de las paredes del cilindro. Como resultado, el combustible no se quema completamente e ineficazmente, e incluso parte del calor del combustible quemado se pierde cuando se calientan las paredes frías del cilindro enfriado. Aquellos. la combustión tiene lugar en condiciones extremadamente ineficaces.
— la expansión está teniendo lugar en condiciones de altas temperaturas del proceso de combustión combinado con la expansión. Es por eso que las paredes del cilindro deben enfriarse, porque el aceite para lubricar las superficies de fricción del pistón y el cilindro a una temperatura de más de 220 C ° pierde sus "propiedades resbaladizas" y la fricción comienza a "secarse", y se carboniza. El aceite se sinteriza en partículas sólidas, que comienzan a interferir aún más en este proceso.

En parte, se encuentra una salida al impasse del proceso de "combustión - expansión" disponiendo la "ignición temprana" de modo que ocurra la menor cantidad posible de combustión PCM en la línea de expansión rápida y un gran aumento en el volumen de la cámara de combustión. Pero este es un plan forzado, plagado de otros problemas secundarios. Dado que el "encendido temprano" implica el encendido del PCM y la creación de la etapa inicial de la presión de trabajo de los gases de combustión incluso antes de que el pistón llegue al TDC, es decir, en la etapa final de la medida de "compresión". En consecuencia, la inercia del mecanismo de manivela (KShM) tiene que superar esta presión que surge del PCM en combustión y comprimir debido a la inercia de rotación del KShM o al trabajo de otros pistones, que comenzaron a expandir el PCM en combustión. El resultado de este compromiso es un fuerte aumento de las cargas en el cigüeñal, los pistones, las bielas y los pasadores KShM, así como una disminución de la eficiencia. Aquellos. el motor resulta ser un escenario para el enfrentamiento de fuerzas multidireccionales.

Otro tema difícil para los motores alternativos es la falta de oxígeno. Es cierto que es típico solo para motores de gasolina (motores que funcionan con encendido por chispa forzado), los motores diesel (motores que funcionan con encendido por compresión) carecen de este inconveniente. Pero, por otro lado, los motores diésel han adquirido muchas otras dificultades a cambio: gran peso, volumen y dimensiones impresionantes. De hecho, nadie ha logrado crear un motor diésel eficaz de dimensiones aceptables con un volumen de menos de 1,2 litros ... Este es el motor del automóvil diésel más pequeño Audi-A2. Y dejar los motores diesel en dimensiones muy pequeñas tiene un resultado triste. Entonces, pequeños motores diesel de la planta de tractores Vladimir D-120 (están instalados en un mini tractor) con una potencia de 25-30 hp. tener un peso de 280-300 kg. Aquellos. un caballo de fuerza representa 10 kg de peso. Otros fabricantes de todo el mundo tienen una situación similar.
Entonces, el combustible no se quema completamente cuando el PCM es "rico", es decir, contiene muchos vapores de combustible y poco aire (oxígeno). Tal PCM no tiene posibilidades de quemarse por completo; simplemente no hay suficiente oxígeno para oxidar los hidrocarburos combustibles. El resultado es que los vapores de combustible que no se queman por este motivo van al escape. Pero, por otro lado, dicho PCM se quema rápidamente, aunque está defectuoso. Esto significa que la mayor parte del vapor de combustible aún se quema y proporciona la presión y temperatura requeridas.

Puede ir al revés: hacer una "mezcla magra", es decir. habrá mucho aire (oxígeno) y poco vapor de combustible en el PCM. Como resultado, en el caso ideal, dicho PCM podrá quemarse por completo: todos los vapores de combustible se quemarán al 100% con total eficiencia. Pero tal PCM tiene un gran inconveniente: se quema mucho más lento que la "mezcla rica" ​​y en las condiciones de un motor de pistón realmente operativo, donde la combustión está en la línea de un aumento de volumen a alta velocidad, tal PCm simplemente no tiene tiempo para agotarse por completo. Dado que una parte significativa de la combustión de dicho PCM, debido a una baja velocidad, cae en las condiciones de un fuerte aumento en el volumen de la cámara de combustión y una caída de la temperatura. En pocas palabras, el PCm nuevamente no se quema por completo, incluso en la versión de "mezcla pobre", y una parte notable no se quema hasta el escape.

Y nuevamente, la eficiencia de combustible de este modo de operación del motor de pistón resulta ser muy baja.
El método de control de motores de carburador, el "método cuantitativo", también juega un papel en el bajo suministro de oxígeno al proceso de combustión del PCM. Para disminuir la velocidad del motor y reducir su "empuje", el conductor cubre el acelerador, restringiendo así el flujo de aire hacia el carburador. Como resultado, hay nuevamente una falta de aire para la combustión de combustible y nuevamente una baja eficiencia de combustible ... Los motores de inyección están parcialmente desprovistos de tal inconveniente, pero el resto de los problemas de un motor de pistón se manifiestan en ellos "en su totalidad". "

Es necesario separar dos procesos tecnológicos de trabajo extremadamente contradictorios - "combustión - formación de gases de trabajo de alta presión y temperatura" y "expansión de gases de trabajo de alta presión y temperatura". Luego, ambos procesos se pueden iniciar en cámaras y dispositivos especializados con los parámetros más óptimos. Aquellos. la combustión ocurrirá "isocóricamente" - en un volumen bloqueado, con aumento de presión y aumento de temperatura. Y la expansión se puede realizar a bajas temperaturas.

En principio, la idea de hacer una "gran división" fue formulada por varios inventores e ingenieros. diferentes paises Tiempo suficiente. Por ejemplo, el desarrollo de la empresa alemana DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG ”, sobre el tema de un motor de pistón con una cámara de combustión separada. Pero hasta ahora nadie ha logrado proponer un circuito teóricamente hermoso y técnicamente eficiente para su implementación en metal. La misma empresa alemana DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG ”comenzó a recibir patentes por sus desarrollos hace unos 15 años, pero no ha oído hablar de éxitos reales en la creación de un motor realmente operativo.

Por lo tanto, es necesario garantizar un proceso de grabación prolongado de la carga de PCm en un volumen bloqueado: "proceso isocórico". En estas condiciones, será posible quemar a sabiendas una "mezcla pobre", con una gran proporción de aire en exceso, cuando los vapores del combustible se quemen por completo, den la máxima cantidad posible de calor y gases de combustión y, al mismo tiempo, sean mínimamente tóxicos. los productos de combustión irán al escape. Pero esto sólo se puede hacer proporcionando un tiempo de combustión suficientemente largo de la carga del PCM "pobre" en un volumen bloqueado a una presión creciente y una temperatura significativa. Eso es prácticamente imposible de proporcionar en un motor de pistón.

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Segundo nivel de pérdidas- pérdidas significativas de calor obtenidas de la combustión del "combustible asimilado por el motor".
El balance térmico de un motor de gasolina se resume de la siguiente manera:
1) - calor transferido a trabajo útil: 35%;
2) - pérdida de calor con los gases de escape: 35%;
3) - pérdida de calor por pérdidas a través del sistema de refrigeración: 30%;

Tarea- conseguir un motor con mínima pérdida de calor durante ambiente externo... Idealmente, el objetivo podría ser crear un motor con una eficiencia térmica del 80%. Pero incluso si logramos alcanzar esta cifra del 65-70%, en lugar del 35% actual, será un gran salto adelante. Aquellos. un motor de la misma potencia con esta eficiencia comenzará a consumir 2 veces menos combustible que antes.

Análisis de la desventaja actual: Primero, consideremos por qué los motores de pistón tradicionales tienen pérdidas de calor tan grandes "hacia los lados". ¿Qué lleva a una situación tan triste?

La primera categoría de pérdida de calor.- Pérdidas de calor con extracción a través de las paredes de cilindros con sistema de refrigeración. En general, para aumentar la eficiencia térmica, el motor no debe enfriarse en absoluto. A partir de esto, la temperatura de las partes del motor aumentará inmediatamente, y esto carbonizará el aceite (que crea una película para que se deslice fácilmente sobre las superficies de fricción), y el pistón dejará de moverse fácilmente en el cilindro y el motor se atascará pronto. Aquí nuevamente nos encontramos con las contradicciones de combinar dos procesos en un ciclo: combustión y expansión. La temperatura durante el destello de combustión en periodo inicial PCm de encendido - alcanza los 3000 C °. Y la temperatura límite del aceite, cuando todavía lubrica y evita la fricción, es de 200 a 220 grados. Cuando se excede este umbral de temperatura, el aceite comienza a "quemarse" y carbonizarse. Para garantizar una alta eficiencia, no es razonable enfriar el motor, pero para garantizar la posibilidad de movimiento del cuerpo de trabajo principal: el pistón, la lubricación es vital ... un sistema de enfriamiento que permite que el pistón se mueva en el cilindro - reduce drásticamente la eficiencia térmica del motor. Esta es una disminución deliberada y necesaria de la eficiencia.

La segunda categoría de pérdida de calor.- pérdida de calor con gases de escape. La temperatura de los gases de escape a la salida de los cilindros para diferentes tamaños y motores oscila entre 800 y 1100 C °. Por lo tanto, en un motor que funciona a altas velocidades, los colectores de escape a veces comienzan a calentarse hasta un brillo carmesí ... Esto significa solo una cosa: la energía de la combustión del combustible, que se ha convertido en energía interna de los gases de combustión en forma de su alta temperatura, se pierde irremediablemente y completamente inútil. Es a través de este canal de "pérdidas de calor" que los motores de combustión interna modernos pierden alrededor del 35% de la energía de la combustión del combustible. Y es sumamente difícil convertir esta energía en trabajo útil, lo máximo que se hizo fue insertar una turbina en el tracto de escape, que hace girar el compresor del turbocompresor. Esto aumenta la presión del aire que ingresa a los cilindros. Y esto aumenta ligeramente la eficiencia. Pero - debe entenderse que la turbina no "atrapa" temperatura elevada y el exceso de presión de los gases que salen del cilindro. Aquellos. este es un tema ligeramente diferente y un tipo de economía diferente.

Por lo tanto, resulta que el motor de pistón "procesa" mal no solo la temperatura, sino también la alta presión de los gases de trabajo. De hecho, los gases de trabajo con un exceso de presión de 8 a 10 atmósferas van al escape. Esto es mucho, solo hay que recordar que las primeras máquinas de vapor a principios del siglo XIX tenían una presión de funcionamiento de 3 o 3,5 atmósferas y funcionaban con éxito en minas de carbón y en plantas metalúrgicas, como las máquinas de las primeras locomotoras de vapor. .

Todo el punto aquí radica en las mismas dimensiones geométricas del volumen de compresión y el volumen de expansión. En un motor de pistón, son iguales y no se puede hacer nada al respecto. Idealmente, estos volúmenes deberían ser diferentes. Un truco como el ciclo de Atkinson, cuando el volumen de compresión en los motores de pistón es menor que el volumen de expansión, es ineficaz, ya que reducen drásticamente el par del motor.

Pero un aumento en el volumen de la cámara de expansión solo permitirá convertir todo el exceso de presión en trabajo útil, pero la temperatura elevada de los gases incandescentes de la combustión del combustible no se puede utilizar con este método. Lo único que se les ocurrió a los ingenieros fue inyectar agua en los cilindros para convertir el calor en trabajo. En teoría: el agua, al convertirse en vapor a alta presión, aumentará drásticamente la presión de la mezcla de vapor y gas resultante y, al mismo tiempo, reducirá significativamente su temperatura. Pero, en un motor de pistón durante más de 80 años de esfuerzos en esta dirección, no se ha creado nada efectivo y eficiente. El esquema de pistón de un motor de combustión interna resultó ser muy hostil a esta idea y no permitía la introducción de una carrera de vapor o una fase de vapor en el ciclo de operación del motor.

Hay que decir que según la ley fundamental de la termodinámica, formulada hace casi 200 años por S. Carnot, una máquina térmica con la máxima eficiencia posible debe tener la temperatura máxima de los gases de trabajo al inicio del ciclo de trabajo y la mínima temperatura de los gases de trabajo al final del ciclo.
Pero en un motor de combustión interna de pistón, el máximo alta temperatura en la primera etapa del ciclo, el sistema de enfriamiento interfiere con la obtención, y el exceso de temperatura mínima de los gases al final del ciclo se ve obstaculizado por la imposibilidad de integrar el componente de vapor en el circuito del motor. Como resultado, hoy utilizamos motores con una eficiencia térmica de alrededor del 35%, no mucho mejor que hace 60 o 70 años ...

La forma de deshacerse de esta deficiencia: Es necesario crear un diseño de motor que permita el proceso de combustión del combustible en una cámara de combustión aislada térmicamente (para alcanzar la temperatura máxima al inicio del ciclo de operación), además de permitir que la fase de vapor se encienda en el final. etapa de la operación de los gases de combustión calientes (para lograr temperatura mínima al final del ciclo de trabajo). Además, tal diseño del motor permitirá prescindir de un sistema de enfriamiento voluminoso y separado, que "arrojaría" calor al ambiente externo.

Al mismo tiempo, el motor no necesitará un tubo de escape voluminoso y pesado, que en los motores de pistón tradicionales amortigua el rugido de los gases de escape emitidos por "disparos" con sobrepresión de 8-10 atmósferas. Porque en el diseño propuesto, el exceso de presión de los gases de escape será mínimo.

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El tercer nivel de pérdidas- Pérdidas de potencia notables para superar las fuerzas de fricción, así como las fuerzas de inercia de masas recíprocas, así como pérdidas para accionar los mecanismos auxiliares. Estas pérdidas se definen como pérdidas mecánicas. Dependen del esquema cinemático del motor. Pero además de las pérdidas mecánicas reales, el diagrama cinemático y su diseño también afectan a otro indicador de rendimiento importante, que no está directamente relacionado con la eficiencia: este es el modo y la magnitud del par.

La tarea es obtener un motor con pérdidas mecánicas mínimas. Y además tiene un par constante de gran valor con el reducido tamaño del propio motor. El par elevado y estable permite prescindir de un sistema de vehículo tan voluminoso y complejo como la caja de cambios. Un ejemplo es el transporte con motores eléctricos y máquinas de vapor.

Análisis de la desventaja actual: En un motor de pistón estándar (tronco), la reacción de la biela (el componente transversal de esta reacción en relación con el eje del cilindro) a la presión de los gases de trabajo presiona constantemente el pistón hacia un lado del cilindro y luego hacia el otro. . Este sistema de funcionamiento del motor requiere una lubricación constante de las superficies que rozan fuertemente y el costo de superar estas fuerzas de fricción. Además, cuando la manivela KShM gira, la proyección del hombro que crea el par al vector del movimiento del pistón cambia constantemente de "cero" a "máximo" y retrocede en cada carrera de trabajo. Un modo de par que pulsa tan abruptamente todo el tiempo es de poca utilidad para accionar actuadores. Y solo a altas revoluciones de los motores de pistón, el par aumenta notablemente. Pero la mayoría de los consumidores no necesitan altas revoluciones (alrededor de 3-4 mil rpm). Por lo tanto, es necesario hacer una caja de cambios compleja y engorrosa, que es parte integral de automóviles, motocicletas, etc.
& nbsp Además, la eficiencia mecánica se reduce notablemente debido a la toma de fuerza del motor para impulsar sus mecanismos auxiliares: la bomba del sistema de refrigeración, el ventilador de refrigeración, los árboles de levas y las válvulas de distribución de gas, un generador eléctrico, etc. estas pérdidas. Además, las pérdidas de potencia notables pueden ser causadas por un encendido innecesariamente temprano, cuando se fuerza al motor, al final de la segunda carrera de "compresión", a comprimir los productos de combustión que comienzan a expandirse.

La forma de deshacerse de esta deficiencia: es necesario crear un diseño de motor en el que la presión de los gases de trabajo no presione el cuerpo de trabajo móvil principal contra el cuerpo estacionario. En este caso, el motor debe distinguirse por un diseño tal que permita un brazo de par constante a lo largo de toda la trayectoria de movimiento del cuerpo principal de trabajo del motor. Al mismo tiempo, en este camino, la presión de los gases de trabajo debe llevarse a cabo durante el mayor tiempo posible, idealmente, para esforzarse por alcanzar el 100%. Permítame recordarle que los motores de 4 tiempos de Ciclo completo motor a partir de 2 revoluciones del eje, la presión sobre el pistón actúa solo durante media revolución, e incluso entonces en el modo de transmisión de esta presión con un brazo de par inestable.

TOTAL:

ITAK - formularemos las condiciones propuestas por el enfoque científico para crear un motor con alta eficiencia:
1) Básico procesos tecnológicos La "combustión" y la "expansión" del motor deben estar separadas y espaciadas para su implementación en diferentes cámaras tecnológicas. En este caso, la combustión debe tener lugar en una cámara cerrada, en condiciones de aumento de temperatura y aumento de presión.
2) El proceso de combustión debe tener lugar durante un tiempo suficiente y en condiciones de exceso de aire. Esto permitirá una combustión del 100% de la mezcla de trabajo.
3) El volumen de la cámara de expansión debe ser significativamente mayor que la cámara de compresión, por lo menos en un 50%. Esto es necesario para que la transferencia completa de la presión de los gases de trabajo trabaje en el cuerpo de trabajo principal.
4) Debe crearse un mecanismo para transferir la alta temperatura de los gases de escape al trabajo en el cuerpo de trabajo principal. Solo existe una posibilidad real para esto: el suministro de agua para convertir la alta temperatura de los gases de combustión en la presión del vapor resultante.
5) El cuerpo de trabajo y toda la cinemática del motor deben estar dispuestos de tal manera que el cuerpo de trabajo perciba la presión de los gases de trabajo durante el mayor tiempo posible del período del ciclo del motor, y el brazo de la transferencia de la La fuerza de esta presión es siempre la máxima posible.

Después de trabajar cuidadosamente con estos requisitos de los enfoques teóricos de la física y la mecánica sobre el tema de la creación de un motor con alta eficiencia, resulta que es absolutamente imposible crear un motor de pistón para tales tareas. Un motor alternativo de combustión interna no satisface ninguno de estos requisitos. De este hecho, se sigue la siguiente conclusión: es necesario buscar diseños de motor más eficientes y alternativos al esquema de pistón. Y lo más cercano a los requisitos necesarios es el esquema de un motor rotativo.

En mi trabajo sobre el concepto de un motor rotativo perfecto, solo procedí de un intento de tener en cuenta, al crear un diagrama de motor conceptual, la necesidad de implementar todos los prerrequisitos teóricos anteriores. Espero haberlo logrado.

ARTÍCULO No. 2-1

PENSANDO EN GRADO DE COMPRESIÓN:
TODO ES BUENO CON MODERACIÓN

Todos estamos acostumbrados al hecho de que un motor económico y potente debe tener una alta relación de compresión. Por lo tanto, en los autos deportivos, los motores siempre tienen una alta relación de compresión, y el ajuste (refuerzo) del motor para aumentar la potencia de los motores estándar de la serie de masa implica, en primer lugar, aumentar su relación de compresión.
Por lo tanto, en la opinión popular generalizada, la idea se corrigió: cuanto mayor sea la relación de compresión del motor, mejor, ya que esto conduce a un aumento en la potencia del motor y a un aumento en su eficiencia. Pero, desafortunadamente, esta posición es solo parcialmente cierta, o más bien, no es más del 50% cierto.
La historia de la tecnología nos dice que cuando apareció el primer Lenoir ICE en la década de 1860 (que funcionaba sin compresión), apenas superó a las máquinas de vapor en eficiencia, y cuando (15 años después) apareció el Otto ICE de 4 tiempos, operando con compresión. , la eficiencia de tal modelo superó inmediatamente a todos los motores que existían entonces en términos de eficiencia.
Pero la compresión no es un proceso tan simple y directo. Además, no tiene sentido lograr relaciones de compresión muy altas, e incluso esto es muy difícil técnicamente.
Primero: cuanto mayor sea la relación de compresión, mayor será la carrera de trabajo del pistón en el cilindro. En consecuencia, la velocidad lineal del movimiento del pistón a altas revoluciones es mayor. En consecuencia, mayores son las cargas alternas inerciales que actúan sobre todos los elementos del mecanismo de manivela. Al mismo tiempo, los niveles de presión en el cilindro también aumentan. Por lo tanto, en un motor con una relación de compresión alta y una carrera de trabajo larga, todos los elementos y partes del motor deben ser de mayor resistencia, es decir, grueso y pesado. Es por eso que los motores diesel nunca son pequeños y livianos. Por lo tanto, no se han creado motores diesel pequeños para motocicletas, motores de botes fuera de borda, aviones ligeros, etc. Es por eso que los motores de automóvil estándar seriamente ajustados - "pinzados" tienen una vida útil tan pequeña.
Segundo: cuanto mayor sea la relación de compresión, mayor será el riesgo de detonación con todas las consiguientes consecuencias destructivas. Repostar con gasolina de baja calidad simplemente puede destruir dicho motor. Acerca de la detonación - lea en un ARTÍCULO especial. Aquellos. a un cierto grado de compresión, es necesario usar gasolina cada vez más cara y especial o aditivos especiales. En los años cincuenta y sesenta, la línea principal de fabricación de motores, especialmente en los Estados Unidos, fue un aumento en la relación de compresión, que a principios de los setenta en los motores estadounidenses a menudo alcanzaba 11-13: 1. Sin embargo, esto requería la gasolina adecuada con un alto índice de octanaje, que en esos años solo se podía obtener agregando tetraetil plomo venenoso. La introducción a principios de los años setenta de las normas medioambientales en la mayoría de los países provocó un estancamiento del crecimiento e incluso una disminución de la relación de compresión en los motores de producción.
Sin embargo, no tiene sentido alcanzar las relaciones de compresión máximas posibles. El hecho es que la eficiencia térmica del motor aumenta con un aumento en la relación de compresión, pero no de forma lineal, sino con una desaceleración gradual. Si con un aumento en la relación de compresión de 5 a 10, aumenta 1.265 veces, luego de 10 a 20, solo 1.157 veces. Aquellos. después de alcanzar un cierto umbral del grado de compresión, su aumento adicional no tiene sentido, porque la ganancia será mínima y las dificultades crecientes serán enormes.

* * * Un análisis cuidadoso de las capacidades de diferentes tipos de motores y la búsqueda de formas de mejorar su eficiencia pueden encontrar oportunidades distintas al aumento constante de la relación de compresión. Y serán mucho más eficientes y mejores que las relaciones de compresión altas.
Primero, averigüemos qué ofrece realmente una relación de compresión alta. Y ella da lo siguiente:
- da una gran longitud de la carrera de trabajo, porque en un motor de pistón, la carrera de compresión es igual a la carrera de expansión;
- fuerte presión en la carga de la mezcla de trabajo, en la que hay una convergencia de moléculas de oxígeno y combustible. Esto hace que el proceso de combustión esté mejor preparado y
va más rápido.

Sobre la primera posición, se pueden hacer los siguientes comentarios: de hecho, la eficiencia de los motores diesel se debe en gran medida al hecho de que tienen una carrera larga. Aquellos. el aumento de la longitud de la carrera de expansión tiene un efecto mucho más serio en la mejora de la eficiencia y la economía del motor que el aumento de la longitud de la carrera de compresión. Esto permite sacar más beneficio de la presión de los gases de trabajo: los gases funcionan para un mayor movimiento del pistón. Y si en los motores de "gasolina" el diámetro del pistón es aproximadamente igual a la longitud de la carrera de trabajo, con la "relación de compresión" y la "relación de expansión" correspondientes, que están vinculadas a la longitud de la carrera del pistón, entonces en diesel motores este parámetro es mucho mayor. En los motores diésel clásicos de baja velocidad, la carrera del pistón es un 15-30% más larga que el diámetro del pistón. En los motores diésel marinos, esta diferencia se vuelve generalmente flagrante. Por ejemplo, un enorme motor diésel de 14 cilindros para un superpetrolero fabricado por la empresa finlandesa Wartsila, con una cilindrada de 25 480 litros y una capacidad de 108 920 CV. a 102 rpm., el diámetro del cilindro es de 960 mm., con la carrera del pistón - 2500 mm.

Al mismo tiempo, permítame recordarle que estos motores diesel marinos funcionan con petróleo crudo, que puede soportar una relación de compresión muy alta con una carrera de pistón tan grande.

Pero un aumento en la relación de compresión también tiene sus lados desagradables: requiere el uso de costosos grados de gasolina de alto octanaje, un aumento en el peso del motor y un gasto considerable de potencia del motor para el proceso de compresión fuerte.
Intentemos averiguar si será posible lograr un efecto cercano y aún mayor al aumentar la potencia y aumentar la eficiencia del motor de otras maneras, es decir, sin un aumento excesivo en la relación de compresión con un aumento en lo negativo inherente a dicho proceso. Resulta que ese camino es posible. Aquellos. todos ambos aspectos positivos de la construcción de la relación de compresión se puede obtener de otras formas y sin los problemas inherentes a la construcción de la relación de compresión.

Consideración de la primera posición - gran longitud de la carrera de trabajo. Lo principal para la eficiencia es una carrera larga para que todos los gases de trabajo transfieran la presión al pistón al máximo. Y en un motor de pistón, la carrera de trabajo es igual a la longitud de la carrera de compresión. Entonces, de alguna manera, se fijó la opinión de que lo más importante es la relación de compresión, y no la relación de expansión. Aunque en un motor de pistón, estos valores son iguales. Por tanto, no tiene mucho sentido separarlos.

Pero, idealmente, es mejor hacer que estas longitudes de carrera sean diferentes. Dado que el aumento en la carrera de compresión conduce a muchas consecuencias desagradables, debe hacerse de manera moderada. Pero el curso de la expansión, como responsable al máximo de la economía y la eficiencia, debería ser lo más amplio posible. Pero en un motor de pistón es casi imposible hacerlo (o es muy difícil y difícil de hacer, por ejemplo, el motor Kushul). Pero hay muchos circuitos de motores rotativos que le permiten resolver fácilmente este dilema. Aquellos. la capacidad del motor para tener una relación de compresión moderada y, al mismo tiempo, una longitud significativa de la carrera de trabajo.

Consideración de la segunda posición - activación y alta eficiencia del proceso de combustión del combustible. Su alta velocidad e integridad. eso condición importante la calidad y economía del motor. Pero resulta que la relación de compresión (alta presión) no es la única, ni siquiera la mejor, forma de lograr tal resultado.

Aquí me permitiré una cita de un libro académico sobre teoría de motores para universidades. Período soviético: "Motores de automoción", ed. M.S. Khovaha. Moscú, "Ingeniería mecánica", 1967.
Como puede ver en la cita anterior, la calidad y la velocidad de combustión dependen más de la temperatura de combustión y, en menor medida, de la presión. Aquellos. si es posible proporcionar una temperatura extremadamente alta del ambiente de combustión, entonces la utilidad de la combustión será máxima y desaparecerá la necesidad de una presión extremadamente alta antes del proceso de combustión (en la relación de compresión).

De todos los enfoques teóricos descritos anteriormente, se puede llegar a una conclusión: un motor potente con alta eficiencia puede prescindir de una alta relación de compresión, con todas sus dificultades inherentes. Para esto, la relación de expansión en el motor debe ser significativamente más alta que la relación de compresión, y la combustión de la carga de la mezcla de trabajo fresca debe tener lugar en la cámara de combustión extremadamente calentada. En este caso, durante el proceso de combustión, la presión y la temperatura deberían aumentar debido a su incremento natural debido a la energía del proceso de combustión. Aquellos. la cámara de combustión debe estar sellada herméticamente y no cambiar su volumen durante la combustión. Por lo tanto: no debería haber un aumento a alta velocidad en el volumen de la cámara de combustión con la correspondiente caída de presión y temperatura (como sucede en un motor de pistón).
Por cierto, durante la combustión de la mezcla de combustible, la presión en la cámara de combustión bloqueada de un volumen constante aumentará, es decir, las porciones de combustible que se queman en la "segunda serie" (más del 60% de la masa del carga) se quemará a una relación de compresión muy alta (presión de aproximadamente 100 atm.) cuya presión será creada por la combustión de la primera parte del combustible. Cabe señalar aquí que la presión al final de la carrera de compresión incluso para los motores diesel (estos líderes de eficiencia actuales) no es más de 45-50 atm.
Pero estas dos condiciones mencionadas anteriormente en un motor de pistón con un mecanismo de manivela no se pueden cumplir ni garantizar. Por lo tanto, los motores de pistn funcionan grados elevados compresión, con todas las dificultades consiguientes, y no puede superar la barra de eficiencia del 40% durante casi 100 años.

La PARTE INFERIOR de este artículo es la siguiente - un motor de alta eficiencia, alta potencia y alta eficiencia puede tener una relación de compresión moderada si tiene una carrera de expansión que es notablemente mayor que una carrera de compresión. Y la combustión de la mezcla de trabajo tendrá lugar en una cámara que está bloqueada durante la duración de la combustión y no enfriada (proceso adiabático isocórico) a temperatura y presión crecientes a partir de la energía del propio proceso de combustión.
Es imposible crear un diseño de este tipo en el marco de la idea de un motor de pistón, pero en el campo de las ideas para motores rotativos, es muy posible crear tales diseños. Esto es lo que está haciendo el autor de este texto y este sitio.

ARTÍCULO No. 2-2

REFLEXIONANDO SOBRE EL GRADO DE COMPRESIÓN-2:
UNA MIRADA A LA HISTORIA

26/01/13

En la primera parte del artículo, mostré que un aumento continuo en la relación de compresión en un motor de pistón con mecanismo de manivela es la única forma de aumentar ligeramente la eficiencia del motor, tiene límites claros de sus capacidades. A relaciones de compresión cercanas a 16, la mezcla de trabajo con vapores de gasolina, incluso el número de octano 100, comienza a arder en modo de detonación, y las partes y el cuerpo del motor se vuelven muy voluminosos y de paredes gruesas (como en un motor diesel) para resistir altas presiones y altas cargas de inercia. Pero las enormes fuerzas de la combustión de detonación destruyen incluso piezas tan voluminosas y masivas muy rápidamente.

Pero hay otras formas de mejorar la eficiencia del motor: estas son:
A) - un aumento en la temperatura de combustión de la Mezcla de Trabajo (temperatura en la cámara de combustión) para lograr una combustión completa y rápida de los vapores de gasolina. En este caso, se libera la máxima cantidad de calor y el cuerpo de trabajo presionará más fuerte sobre el pistón, es decir, haz un gran trabajo.
Los motores de pistón con un mecanismo de manivela y un proceso combinado de combustión-expansión (3er ciclo) no pueden seguir este camino, ya que el aceite (que lubrica las paredes del par cinemático pistón-cilindro) a una temperatura de 220 grados ya comienza a carbonizarse y se detiene. lubricante. Es por eso que el cilindro y el pistón del motor deben enfriarse, y esto conduce a una fuerte disminución de la eficiencia térmica del motor.
B) - un aumento en el volumen (grado) de expansión del cuerpo de trabajo (longitud de la carrera de expansión) para la expansión completa de los gases del cuerpo de trabajo. Esto permitirá el uso completo de su exceso de presión. En los motores de pistón modernos, los gases con una presión de 5-8 atmósferas van al escape, lo que es una pérdida significativa. Y esto a pesar de que la presión media efectiva del motor de pistón es de solo 10 atmósferas. La pequeña longitud de la carrera de trabajo del motor de pistón con KShM (mecanismo de manivela) interfiere con el aumento del valor de "actuación" de esta presión.
Si aumenta la relación de expansión de los gases del cuerpo de trabajo en el motor, su eficiencia aumentará significativamente sin la necesidad de aumentar la relación de compresión.

El primer motor de combustión interna es el motor Lenoir. 1860g

Entonces, el tema de este artículo: para aumentar la eficiencia, es posible y necesario aumentar la relación de expansión del cuerpo de trabajo (gases de trabajo) sin aumentar la relación de compresión. Esto debería conducir a un aumento significativo en la eficiencia del motor, así que justifiquemos esa posibilidad en este artículo.

En el nivel óptimo, debe tener: la relación de compresión puede ser bastante pequeña, aproximadamente 3 veces, esto corresponde a la presión en la carga de la mezcla de trabajo comprimida de 4 atmósferas, pero la relación de expansión (longitud de la línea de carrera de trabajo) debe exceda esta pequeña relación de compresión en aproximadamente 6-8 una vez.
Tal formulación de la pregunta puede parecer extraña e irrazonable para todos los conocedores de los esquemas de motores tradicionales, que están acostumbrados a las altas relaciones de compresión en los motores de pistón. Pero es precisamente este estado de cosas paradójico en la realidad lo que se evidencia en un estudio cuidadoso de los diseños de los motores de combustión interna que se crearon y trabajaron en los albores de la aparición de dichos motores, es decir, en la era de la creación de los primeros motores de combustión interna.

Entonces, el primer error, que trabaja para fortalecer el mito sobre la necesidad de crear una alta relación de compresión en el motor, se justifica por el hecho de que los primeros motores de combustión interna, que se crearon hace 150 años, no precomprimieron el motor. Mezcla de trabajo antes de encenderla y, por lo tanto, tenía una eficiencia completamente escasa, casi la misma que la de las máquinas de vapor primitivas.
De hecho, el primer motor de combustión interna en funcionamiento diseñado por Jean Lenoir (patente de 1859) no tenía una compresión preliminar de la mezcla de trabajo y funcionaba con una eficiencia del 4%. Solo el 4% son como las glotonas y voluminosas máquinas de vapor de esa época.
Pero la primera muestra de un motor de 4 tiempos de Nikolaus Otto, creado en 1877, trabajó con la compresión preliminar de la Mezcla de trabajo y mostró una eficiencia del 22 por ciento durante la operación, lo que fue un logro fenomenal para ese momento. Al mismo tiempo, la relación de compresión y la relación de expansión (como todos los motores de combustión interna de pistón actuales con KShM) eran iguales entre sí.
Basado en estos datos:
- Eficiencia del motor Lenoir sin compresión - 4%;
- Eficiencia del motor Otto con compresión - 22%;
Se obtienen conclusiones simples y claras: el motor que trabaja con la compresión preliminar de la mezcla de trabajo funciona de acuerdo con un modo fundamentalmente más eficiente y, cuanto mayor es la relación de compresión, mejor. Este retiro por 140 años recientes ha adquirido el carácter de una verdad común y durante los últimos 100 años la construcción de motores ha estado en el camino de aumentar el valor de la relación de compresión, que hoy ya ha alcanzado sus valores límite.

PERO en la presentación de esta información, hay un gran PERO ...
Resulta que el mismo Nikolaus Otto, antes de crear su famoso motor de 4 tiempos con compresión en 1877, un poco antes, en 1864, creó, produjo y vendió con éxito muchos cientos de su otro invento: un motor atmosférico de combustión interna que funcionaba sin preliminares. compresión. La eficiencia de este motor fue del 15% ... Una eficiencia tan alta no encaja en absoluto en la teoría de que una fuerte compresión preliminar de la Mezcla de Trabajo es absolutamente necesaria para lograr indicadores significativos de la eficiencia del motor.
Algo en este tema no estaba bien, faltaba algo para entender hechos muy importantes, y decidí estudiar esta situación. Y aquí están las conclusiones a las que llegué:
- absolutamente terrible - escasa - la eficiencia del motor Lenoir se obtuvo porque tenía absolutamente TASA DE EXPANSIÓN inaceptablemente pequeña gases de trabajo;
- y una eficiencia muy decente del 15%, el motor Otto de aspiración natural, funcionando sin compresión, poseía lo que tenía GRADO DE EXPANSIÓN muy grande gases de trabajo;
Es cierto que este motor Otto tenía un par de torsión muy pobre y una rotación muy desigual del eje principal, por lo que luego fue reemplazado rápidamente por motores de 4 tiempos. Pero con el valor de la eficiencia fue muy decente.

Echemos un vistazo de cerca a las dimensiones de los cuerpos de trabajo del motor Lenoir y hagamos algunos cálculos aproximados. El diámetro del pistón es de 120 mm y la carrera del pistón es de 100 mm. Las descripciones del motor de esa época retuvieron los datos de que una distancia de aproximadamente la mitad de la longitud de la "línea de expansión" se desvió hacia la entrada de gas y aire. Luego se cerró la válvula de suministro y la vela eléctrica emitió una chispa. Aquellos. menos de la mitad de la longitud de la carrera de trabajo quedó para el proceso de expansión, o más bien para el proceso combinado de combustión-expansión ... La chispa encendió una mezcla de gas y aire, se produjo un destello, la temperatura y la presión de los gases en el cilindro aumentó bruscamente y la presión de trabajo impulsó el pistón más con esfuerzo. El pico máximo de la presión de trabajo de los gases en el pistón fue 5 atmósferas... Pero uno debe entender que la Mezcla de Trabajo se encendió en condiciones de una caída de presión cada vez más profunda; después de todo, el pistón continuó moviéndose creando un vacío por debajo de la presión atmosférica ... En tales condiciones, solo una mezcla muy "rica", sobresaturada con gas, podría encenderse. En consecuencia, la combustión en este modo era extremadamente incompleta e incluso los productos de combustión difícilmente podían expandirse por completo; después de todo, la longitud de la carrera de trabajo era extremadamente pequeña. Aquellos. para un pistón con un diámetro de 120 mm. la longitud de la carrera de trabajo fue inferior a 50 mm. Podemos suponer con seguridad que los gases de muy alta presión fueron al escape, e incluso sobresaturados con gas de lámpara no quemado. En consecuencia, el motor de tales parámetros tenía una potencia de solo 0.5 caballo de fuerza a una velocidad del eje de 120-140 rpm. Entonces, miramos el motor Lenoir. Este motor funcionaba con un ciclo de 2 tiempos. Inicialmente, en la línea de la carrera de trabajo, el pistón succionó el gas luminoso y el aire (Mezcla de trabajo). Luego se cerró la válvula de alimentación. Una vela eléctrica emitió una chispa, y la Mezcla de trabajo se encendió, y el gas caliente de la presión aumentada empujó el pistón más lejos. Luego, durante la carrera de retorno, el pistón empujó los productos de combustión fuera del cilindro, y luego todo se repitió nuevamente.
Aquellos. en un ciclo de trabajo - en la "línea de expansión" - se combinaron TRES procesos de trabajo:
- Entrada de la mezcla de trabajo;
- Combustión de la mezcla de trabajo;
- ampliación del cuerpo de trabajo;

PRODUCCIÓN- El motor de Lenoir tenía una eficiencia tan baja y una potencia tan baja, principalmente debido a la longitud de carrera muy corta (cuando los gases de trabajo simplemente no podían funcionar) y la organización muy ineficaz de los procesos de trabajo, cuando se encendió la mezcla de trabajo extremadamente "rica". a una presión notablemente más baja que la atmosférica en condiciones de expansión activa de volumen. Aquellos. este motor debería haber sido designado como un motor que opera con una EXPANSIÓN PRELIMINAR (enrarecimiento) de la Mezcla de Trabajo….

ADEMÁS, considere el esquema de operación de otro motor que funcionó sin compresión preliminar de la Mezcla de Trabajo, pero tuvo una eficiencia del 15%. Este es un motor atmosférico Otto de 1864. Era un motor muy inusual. En su cinemática, parecía ser algo completamente feo y no apto para el trabajo, pero con un esquema cinemático "torpe", actuaba de acuerdo con un esquema muy racional para organizar los procesos de trabajo y por lo tanto tenía una eficiencia del 15%.
El cilindro de este motor se instaló verticalmente y el pistón del motor se movió hacia arriba y hacia abajo. Al mismo tiempo, no había KShM en este motor, y el pistón tenía una cremallera dentada muy larga dirigida hacia arriba, que entraba con sus dientes en contacto con el engranaje y lo hacía girar.

Motor atmosférico Otto, muestra 1864. A la derecha de la foto hay un pistón con una cremallera dentada larga, que da una idea de la longitud de la carrera de trabajo. Al mismo tiempo, cuando la mezcla de trabajo explotó debajo del pistón y el pistón voló instantáneamente hacia arriba, el engranaje giró en vacío, porque un mecanismo especial lo desconectó del volante de la máquina. Luego, cuando el pistón y la cremallera alcanzaron el punto superior extremo, y la presión de los gases de trabajo en el pistón dejó de actuar, el pistón y la cremallera, por su propio peso, comenzaron a descender. En este punto, el engranaje se conectó al eje del volante y comenzó la carrera de trabajo. Por lo tanto, el motor actuó con impulsos espasmódicos y tenía un régimen de par de ebullición muy pobre. El motor también tenía poca potencia, ya que la fuerza se creaba solo por el peso del pistón y la cremallera (es decir, la gravedad estaba funcionando), así como por la presión. aire atmosférico, cuando se creó un vacío en el cilindro por los gases de enfriamiento y el pistón elevado. Por eso el motor se llamó atmosférico, porque en él, junto con la fuerza de la gravedad, también trabajaba la fuerza de la presión atmosférica.

Pero, por otro lado, en este diseño de motor, los procesos de trabajo estaban muy bien organizados.
Considere cómo se organizaron y operaron los procesos de trabajo en este motor.
Inicialmente, un mecanismo especial elevó el pistón en 1/10 de la altura del cilindro, como resultado de lo cual se formó un espacio enrarecido debajo del pistón y se succionó allí una mezcla de aire y gas. Entonces el pistón se detuvo. Luego, la mezcla se encendió con una llama abierta a través de un tubo especial. Cuando explotó un gas combustible, la presión debajo del pistón se elevó abruptamente a 4 atm. Esta acción arrojó el pistón hacia arriba, el volumen de gas en el cilindro aumentó y la presión debajo de él disminuyó, ya que el volumen interno del pistón no tenía conexión con la atmósfera y en ese momento estaba sellado herméticamente. Cuando el pistón fue sacudido por la explosión, un mecanismo especial desconectó el riel del eje. El pistón, primero bajo presión de gas y luego por inercia, se elevó hasta que se creó un vacío significativo debajo de él. En este caso, la carrera de trabajo resultó ser la longitud máxima y continuó hasta que toda la energía del combustible quemado (en forma de exceso de presión del Cuerpo de Trabajo) se consumió por completo para levantar el pistón. Tenga en cuenta que en la foto del motor puede ver: la longitud de la carrera de trabajo (altura del cilindro) es muchas veces: 6-8 veces el diámetro del pistón. Esta es la duración de su ataque. Mientras que en los motores de pistón modernos, el diámetro del pistón es aproximadamente igual a la carrera de trabajo. Solo en motores diesel, estos modernos campeones de la eficiencia, la carrera es aproximadamente un 20-30 por ciento más que el diámetro del cilindro. Y aquí, 6 o incluso 8 veces más….
Además, el pistón se precipitó hacia abajo y la carrera de trabajo del pistón comenzó bajo la carga de su propio peso y bajo la influencia de la presión atmosférica. Después de que la presión del gas comprimido en el cilindro alcanzó la presión atmosférica en la trayectoria descendente del pistón, se abrió la válvula de escape y el pistón desplazó los gases de escape con su masa. Durante todo este tiempo, una cremallera dentada larga estaba haciendo girar un engranaje, conectado por un eje a un volante. Así es como se produjo la potencia del motor. Después de que el pistón regresó al punto inferior de la trayectoria, todo se repitió nuevamente: un mecanismo especial lo levantó suavemente y se succionó una nueva porción de la mezcla de trabajo.

Hay una característica más, que jugó en un notable aumento en la eficiencia. Esta característica no estaba presente en el motor de Lenoir, ni en los motores modernos de 2 y 4 tiempos.En un esquema de motor tan inusual, debido a la expansión extremadamente completa del cuerpo de trabajo calentado, la eficiencia de este motor era significativamente mayor que la eficiencia. del motor Lenoir y, por tanto, alcanzó el 15%. Además, la ignición de la mezcla de trabajo en el motor Otto atmosférico tuvo lugar a presión atmosférica, mientras que en el motor Lenoir este proceso tuvo lugar en condiciones de vacío creciente, es decir. en condiciones de una caída creciente de las fuerzas de presión, cuando la presión resultó ser notablemente menor que la atmosférica.
También es necesario decir que de acuerdo con el esquema principal cercano al esquema de este motor, hoy los martinetes están trabajando: martillos diesel. Es cierto que el suministro y el encendido de combustible en ellos se organizan de manera diferente, pero el diagrama esquemático general del movimiento del cuerpo de trabajo es el mismo.

En un motor Otto atmosférico, en el momento de la ignición de la mezcla de trabajo, el pistón estaba en su lugar, y durante la combustión de las primeras porciones de combustible, se creaba una presión creciente en el volumen de combustión, es decir. porciones de combustible que se quemaron en la segunda, tercera y siguientes etapas: se quemaron en condiciones de presión creciente, es decir, la compresión de la mezcla de trabajo se produjo debido a la acumulación de presión del flash y la liberación de calor de las primeras porciones de la carga de combustión. En este caso, la inercia del sistema presionando desde arriba sobre el gas en combustión: un pistón, un riel largo y la presión atmosférica, creó una fuerte resistencia al primer impulso de movimiento ascendente, lo que condujo a un aumento notable de la presión en la combustión. ambiente de gas. Aquellos. En un motor Otto atmosférico, la combustión de la Mezcla de Trabajo tuvo lugar en condiciones de una fuerte compresión del volumen principal de la parte de la carga de gas combustible que aún no había comenzado a arder. Aunque no hubo precompresión por parte del pistón. Es esta compresión real de una cantidad significativa de la mayoría de los vapores de combustible (junto con una carrera larga), que aparece durante la combustión de la carga de la Mezcla de Trabajo, lo que jugó con la eficiencia significativa del motor atmosférico Otto de 1864.

Pero los motores de pistón modernos, como el motor Lenoir de hace 150 años, se ven obligados a encender una nueva carga de la mezcla de trabajo en condiciones de un volumen que se expande bruscamente, cuando el pistón (y es muy potente impulsado por la biela y el cigüeñal) desesperadamente se escapa de la parte inferior del cilindro y expande el volumen de la "cámara de combustión" ... Como referencia, la velocidad del movimiento del pistón en los motores modernos es de 10 a 20 metros por segundo, y la velocidad de propagación del frente de llama en una carga de vapor de combustible altamente comprimida es de 20 a 35 metros por segundo. Pero en los motores modernos, para eliminar esta situación desagradable, puede intentar encender la carga de la Mezcla de trabajo "temprano", es decir, antes de alcanzar el pistón en movimiento en la línea de finalización de la carrera anterior del punto muerto superior (TDC), o en una posición cercana a este punto. Pero en el motor Lenoir esto era imposible, porque después de que el pistón alcanzó el TDC, comenzó el proceso de aspiración de una nueva porción de gas combustible y aire, y su encendido solo es posible en condiciones de un volumen muy creciente de la "cámara de combustión". y una fuerte caída de presión en la porción fresca de la Mezcla de Trabajo por debajo de la atmosférica. Es por eso que el motor Lenoir tenía una eficiencia tan extremadamente baja.

Se puede suponer que si el motor atmosférico de Otto tuviera encendido eléctrico por chispa (como el motor Lenoir anterior), entonces su eficiencia podría estar bastante cerca del 20%. El hecho es que cuando una carga de la Mezcla de Trabajo se encendió en el cilindro con una llama abierta a través de un tubo especial durante un destello, una parte de la carga ardiente voló a la atmósfera a través de este tubo y estas fueron pérdidas notables ... Si tales pérdidas podrían eliminarse, entonces la eficiencia de este motor ciertamente sería mayor ...
Pero Otto no tenía conocimientos en el campo de la ingeniería eléctrica (como Lenoir), por lo que instaló un sistema de encendido tan primitivo y que reducía la eficiencia en su motor de aspiración natural.

Las CONCLUSIONES de este artículo son las siguientes:

1) - la opinión bien establecida sobre la posibilidad de lograr una eficiencia del motor extremadamente alta, principalmente debido al grado máximo posible precompresión Mezcla de trabajo solo válido para diseños de motor de pistón , donde el pistón se mueve rápidamente desde la "parte inferior" del cilindro hacia el cigüeñal (debido al accionamiento forzado del cigüeñal) a gran velocidad expande el volumen de la "cámara de combustión" y reduce la presión del encendido (y quema - también) cargo de la mezcla de trabajo. En el motor de pistón Lenoir, que funciona sin compresión preliminar de la mezcla de trabajo, este inconveniente de los motores de pistón fue especialmente pronunciado. Lo que llevó a su eficiencia extremadamente baja.
En los motores de pistón modernos de todo tipo, para eliminar precisamente este defecto constructivo "genérico" en la organización de los procesos de trabajo, se utiliza un grado extremadamente alto de compresión preliminar precisamente para forzar una nueva carga de la Mezcla de Trabajo para quemar a presiones y temperaturas suficientemente altas (a pesar de un rápido aumento en el volumen de la cámara de combustión y la correspondiente caída de presión en esta cámara), lo que es una garantía de una combustión relativamente completa de la carga de la Mezcla de Trabajo y la creación de un Cuerpo de alta presión y alta temperatura.
2) - en la historia de la tecnología, existen diseños de motores de otros esquemas cinemáticos y una forma diferente de organizar los procesos de trabajo, donde incluso sin una fuerte compresión preliminar de la carga fresca de la Mezcla de Trabajo, se pueden lograr buenos valores de eficiencia incluso con un diseño muy primitivo. Un ejemplo es un motor atmosférico Otto de 1864 con una eficiencia del 15%.
3) - es posible crear un motor de combustión interna altamente eficiente, en el que los procesos de combustión de una carga fresca de la Mezcla de Trabajo y la creación de un cuerpo de trabajo de altos parámetros ocurrirán por compresión natural de la carga de combustión debido a las propias fuerzas de combustión en una cámara de combustión de volumen constante. Además, el proceso de compresión preliminar a valores altos (20-30 atmósferas), que es característico de los motores de pistón modernos, requiere el gasto de una cantidad significativa de energía del motor y el uso de piezas masivas, voluminosas y pesadas.
En este caso, la principal contribución al logro de una alta eficiencia se realizará mediante un gran parámetro del volumen de expansión (carrera larga), que será significativamente mayor que el volumen de compresión.

EXACTAMENTE TAL motor, que no requiere la costosa y engorrosa precompresión de una nueva carga de la mezcla de trabajo de alto valor, que el autor de este artículo está creando actualmente. En este motor, la compresión preliminar se realizará a valores bajos, y la compresión principal de la carga de la Mezcla de Trabajo en la cámara de combustión de volumen constante se producirá debido a las fuerzas de la primera etapa de la propia combustión. Idealmente, esto será combustión por detonación: flash - explosión. Además, el cuerpo de trabajo de alta presión se expandirá hasta el final de su capacidad en el sector de expansión de alto volumen.

La eficiencia es una característica de la eficiencia de un dispositivo o máquina. La eficiencia se define como la relación entre la energía útil a la salida del sistema y el total energía suministrada al sistema. La eficiencia no tiene dimensiones y, a menudo, se define como un porcentaje.

Fórmula 1 - eficiencia

Dónde- A trabajo útil

—Q trabajo total que se gastó

Cualquier sistema que realice cualquier trabajo debe recibir energía del exterior, con la ayuda de la cual se realizará el trabajo. Tome un transformador de voltaje, por ejemplo. Se suministra un voltaje de red de 220 voltios a la entrada, se eliminan 12 voltios de la salida para alimentar, por ejemplo, una lámpara incandescente. Entonces, el transformador convierte la energía en la entrada al valor requerido al que funcionará la lámpara.

Pero no toda la energía extraída de la red irá a parar a la lámpara, ya que hay pérdidas en el transformador. Por ejemplo, la pérdida de energía magnética en el núcleo del transformador. O pérdidas en la resistencia activa de los devanados. Donde la energía eléctrica se convertirá en energía térmica sin llegar al consumidor. Esta energía térmica en este sistema es inútil.

Dado que las pérdidas de potencia no se pueden evitar en ningún sistema, la eficiencia siempre está por debajo de la unidad.

La eficiencia se puede considerar como para todo el sistema como un todo, que consta de muchas partes separadas. Entonces, determine la eficiencia para cada parte por separado, entonces la eficiencia total será igual al producto de la eficiencia de todos sus elementos.

En conclusión, podemos decir que la eficiencia determina el nivel de perfección de un dispositivo en términos de transferencia o conversión de energía. También indica cuánta energía suministrada al sistema se gasta en trabajo útil.

Coeficiente de rendimiento (COP) es un término que se puede aplicar, quizás, a todos los sistemas y dispositivos. Incluso una persona tiene eficiencia, aunque, probablemente, todavía no existe una fórmula objetiva para encontrarla. En este artículo, explicaremos en detalle qué es la eficiencia y cómo se puede calcular para varios sistemas.

Definición de eficiencia

La eficiencia es una medida de la eficiencia de un sistema en términos de producción o conversión de energía. La eficiencia es un valor inconmensurable y se presenta como un valor numérico en el rango de 0 a 1, o como un porcentaje.

Formula general

La eficiencia se indica con el símbolo Ƞ.

La fórmula matemática general para encontrar la eficiencia se escribe de la siguiente manera:

Ƞ = A / Q, donde A es la energía / trabajo útil realizado por el sistema y Q es la energía consumida por este sistema para organizar el proceso de obtención de un rendimiento útil.

El coeficiente de eficiencia, lamentablemente, siempre es menor que uno o igual a él, ya que, según la ley de conservación de la energía, no podemos conseguir más trabajo que la energía gastada. Además, la eficiencia, de hecho, rara vez es igual a la unidad, ya que el trabajo útil siempre va acompañado de la presencia de pérdidas, por ejemplo, para calentar el mecanismo.

Eficiencia del motor térmico

Un motor térmico es un dispositivo que convierte la energía térmica en energía mecánica. En una máquina térmica, el trabajo está determinado por la diferencia entre la cantidad de calor recibida del calentador y la cantidad de calor dada al enfriador y, por lo tanto, la eficiencia está determinada por la fórmula:

• Ƞ = Qн-Qх / Qн, donde Qн - la cantidad de calor recibida del calentador y Qх - la cantidad de calor que recibe el enfriador.

Se cree que los motores que operan en el ciclo de Carnot proporcionan la mayor eficiencia. En este caso, la eficiencia está determinada por la fórmula:

• Ƞ = T1-T2 / T1, donde T1 es la temperatura de la fuente caliente, T2 es la temperatura de la fuente fría.

Eficiencia del motor eléctrico

Un motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica, por lo que la eficiencia en este caso es el coeficiente de eficiencia del dispositivo en términos de conversión de energía eléctrica en energía mecánica. La fórmula para encontrar la eficiencia de un motor eléctrico se ve así:

• Ƞ = P2 / P1, donde P1 es la potencia eléctrica suministrada, P2 es la potencia mecánica neta generada por el motor.

La energía eléctrica se calcula como el producto de la corriente y el voltaje del sistema (P = UI) y la potencia mecánica, como la relación entre el trabajo y una unidad de tiempo (P = A / t).

Eficiencia del transformador

Un transformador es un dispositivo que convierte corriente alterna un voltaje en corriente alterna de otro voltaje, manteniendo la frecuencia. Además, los transformadores también pueden convertir la corriente alterna en corriente continua.

La eficiencia del transformador se encuentra mediante la fórmula:

• Ƞ = 1/1 + (P0 + PL * n2) / (P2 * n), donde P0 es la pérdida sin carga, PL es la pérdida de carga, P2 es la potencia activa entregada a la carga, n es el grado relativo de carga.

¿Eficiencia o no eficiencia?

Vale la pena señalar que, además de la eficiencia, hay una serie de indicadores que caracterizan la eficiencia de los procesos energéticos y, a veces, podemos encontrar descripciones del tipo: la eficiencia es de aproximadamente 130%, pero en este caso debe comprender que el término no se usa del todo correctamente y, muy probablemente, el autor o el fabricante entienden una característica ligeramente diferente bajo esta abreviatura.

Por ejemplo, las bombas de calor se diferencian en que pueden emitir más calor del que consumen. Por lo tanto, una máquina de refrigeración puede eliminar más calor del objeto a enfriar que el gastado en energía equivalente para organizar la eliminación. El índice de eficiencia de la máquina de refrigeración se llama coeficiente de rendimiento, denotado por la letra Ɛ y está determinado por la fórmula: Ɛ = Qx / A, donde Qx es el calor extraído del extremo frío, A es el trabajo gastado en el proceso de eliminación. Sin embargo, a veces el coeficiente de rendimiento también se denomina eficiencia de la máquina de refrigeración.

También es interesante que la eficiencia de las calderas de combustibles fósiles generalmente se calcula en base al valor calorífico más bajo, mientras que puede ser más de uno. Sin embargo, todavía se llama tradicionalmente eficiencia. Es posible determinar la eficiencia de la caldera por el valor calorífico más alto, y luego siempre será menor que uno, pero en este caso será inconveniente comparar los indicadores de las calderas con los datos de otras instalaciones.

Las realidades modernas implican el uso generalizado de motores térmicos. Numerosos intentos de reemplazarlos con motores eléctricos han fracasado hasta ahora. Los problemas asociados a la acumulación de electricidad en sistemas autónomos se resuelven con gran dificultad.

Los problemas de la tecnología de fabricación de acumuladores de energía eléctrica, teniendo en cuenta su uso a largo plazo, siguen siendo urgentes. Las características de velocidad de los vehículos eléctricos están lejos de las de los automóviles propulsados ​​por motores de combustión interna.

Los primeros pasos en la creación de motores híbridos pueden reducir significativamente las emisiones nocivas en las megaciudades, resolviendo problemas ambientales.

Un poco de historia

La posibilidad de convertir la energía del vapor en energía del movimiento era conocida en la antigüedad. 130 aC: El filósofo Garza de Alejandría presentó a la audiencia un juguete de vapor: eolipil. La esfera, llena de vapor, entró en rotación bajo la acción de los chorros que emanaban de ella. Este prototipo de turbinas de vapor modernas no encontró aplicación en aquellos días.

Durante muchos años y siglos, el desarrollo del filósofo se consideró solo un juguete divertido. En 1629 el italiano D. Branchi creó una turbina activa. El vapor puso en movimiento un disco equipado con cuchillas.

A partir de ese momento, comenzó el rápido desarrollo de las máquinas de vapor.

Máquina de calor

La transformación de combustible en energía de movimiento de partes de máquinas y mecanismos se utiliza en motores térmicos.

Las partes principales de las máquinas: un calentador (un sistema para obtener energía del exterior), un fluido de trabajo (realiza una acción útil), un refrigerador.

El calentador está diseñado para que el fluido de trabajo acumule un suministro suficiente de energía interna para el trabajo útil. El frigorífico elimina el exceso de energía.

La principal característica de la eficiencia se llama eficiencia de los motores térmicos. Este valor muestra qué parte de la energía gastada en calefacción se gasta en realizar un trabajo útil. Cuanto mayor sea la eficiencia, más rentable será el funcionamiento de la máquina, pero este valor no puede superar el 100%.

Cálculo de la eficiencia

Deje que el calentador adquiera energía del exterior igual a Q 1. El cuerpo de trabajo sí trabajó A, mientras que la energía que se le dio al refrigerador fue Q 2.

Con base en la definición, calculamos el valor de la eficiencia:

η = A / Q 1. Tengamos en cuenta que A = Q 1 - Q 2.

De aquí Eficiencia térmica máquina, cuya fórmula tiene la forma η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, nos permite sacar las siguientes conclusiones:

• La eficiencia no puede exceder 1 (o 100%);
• para maximizar este valor, es necesario un aumento en la energía recibida del calentador o una disminución en la energía suministrada al refrigerador;
• el aumento de la energía del calentador se logra cambiando la calidad del combustible;
• Reducir la energía que se le da al refrigerador le permite lograr caracteristicas de diseño motores.

Motor térmico ideal

¿Es posible crear un motor de este tipo, cuya eficiencia sería máxima (idealmente igual al 100%)? El físico teórico francés y el talentoso ingeniero Sadi Carnot trató de encontrar una respuesta a esta pregunta. En 1824 se publicaron sus cálculos teóricos sobre los procesos que tienen lugar en los gases.

La idea principal inherente a una máquina ideal es realizar procesos reversibles con gas ideal... Comenzamos expandiendo el gas de forma isotérmica a una temperatura T 1. La cantidad de calor requerida para esto es Q 1. Después de que el gas se expande sin intercambio de calor, una vez alcanzada la temperatura T 2, el gas se comprime isotérmicamente, transfiriendo energía Q 2 al refrigerador. El retorno del gas a su estado original se realiza de forma adiabática.

Eficiencia de ideal motor térmico Karnot con cálculo exacto es igual a la razón la diferencia de temperatura entre los dispositivos de calefacción y refrigeración a la temperatura que tiene el calentador. Se ve así: η = (T 1 - T 2) / T 1.

La posible eficiencia de un motor térmico, cuya fórmula tiene la forma: η = 1 - T 2 / T 1, depende solo de los valores de las temperaturas del calentador y del enfriador y no puede ser superior al 100%.

Además, esta relación permite demostrar que la eficiencia de los motores térmicos puede ser igual a la unidad solo cuando el refrigerador alcanza temperaturas. Como saben, este valor es inalcanzable.

Los cálculos teóricos de Karnot permiten determinar la eficiencia máxima de un motor térmico de cualquier diseño.

El teorema probado por Carnot suena como sigue. Una máquina térmica arbitraria no es, bajo ninguna circunstancia, capaz de tener un coeficiente de eficiencia mayor que el de una máquina térmica ideal.

Ejemplo de resolución de problemas

Ejemplo 1. ¿Cuál es la eficiencia de un motor térmico ideal si la temperatura del calentador es 800 ° C y la temperatura del refrigerador es 500 ° C más baja?

T 1 = 800 о С = 1073 K, ∆T = 500 о С = 500 К, η -?

Por definición: η = (T 1 - T 2) / T 1.

No se nos da la temperatura del refrigerador, sino ∆T = (T 1 - T 2), por lo tanto:

η = ∆T / T 1 = 500 K / 1073 K = 0,46.

Respuesta: eficiencia = 46%.

Ejemplo 2. Determine la eficiencia de un motor térmico ideal si se realiza un trabajo útil de 650 J debido al kilojulio de energía del calentador comprado ¿Cuál es la temperatura del calentador del motor térmico si la temperatura del enfriador es 400 K?

Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 =?

En este problema, estamos hablando de una instalación térmica, cuya eficiencia se puede calcular mediante la fórmula:

Para determinar la temperatura del calentador, usamos la fórmula para la eficiencia de un motor térmico ideal:

η = (T 1 - T 2) / T 1 = 1 - T 2 / T 1.

Después de realizar transformaciones matemáticas, obtenemos:

T 1 = T 2 / (1- η).

T 1 = T 2 / (1- A / Q 1).

Calculemos:

η = 650 J / 1000 J = 0,65.

T 1 = 400 K / (1-650 J / 1000 J) = 1142,8 K.

Respuesta: η = 65%, T 1 = 1142,8 K.

Condiciones reales

El motor térmico ideal está diseñado teniendo en cuenta los procesos ideales. El trabajo se realiza solo en procesos isotérmicos, su valor se define como el área delimitada por la gráfica del ciclo de Carnot.

De hecho, es imposible crear las condiciones para el proceso de cambio de estado del gas sin los cambios de temperatura que lo acompañan. No hay materiales que excluyan el intercambio de calor con los objetos circundantes. Se vuelve imposible realizar el proceso adiabático. En el caso del intercambio de calor, la temperatura del gas debe cambiar necesariamente.

La eficiencia de los motores térmicos creados en condiciones reales es significativamente diferente de la eficiencia de los motores ideales. Tenga en cuenta que el curso de los procesos en motores reales ocurre tan rápidamente que la variación de la energía térmica interna de la sustancia de trabajo en el proceso de cambiar su volumen no puede ser compensada por la entrada de la cantidad de calor del calentador y el retorno a la refrigerador.

Otros motores térmicos

Los motores reales operan en diferentes ciclos:

• Ciclo Otto: el proceso a volumen constante cambia adiabático, creando un ciclo cerrado;
• Ciclo diesel: isobar, adiabat, isochore, adiabat;
• el proceso, que se produce a presión constante, se sustituye por uno adiabático y cierra el ciclo.

Crear procesos de equilibrio en motores reales (para acercarlos al ideal) en condiciones tecnología moderna no parece posible. La eficiencia de los motores térmicos es mucho menor, incluso teniendo en cuenta la misma regímenes de temperatura como en una instalación térmica ideal.

Pero no se debe restar importancia al papel de la fórmula de cálculo de la eficiencia, ya que es la que se convierte en el punto de partida en el proceso de trabajar para aumentar la eficiencia de los motores reales.

Maneras de cambiar la eficiencia

Comparando los motores térmicos ideales y reales, vale la pena señalar que la temperatura del refrigerador de este último no puede ser ninguna. Por lo general, la atmósfera se considera un refrigerador. Es posible aceptar la temperatura de la atmósfera solo en cálculos aproximados. La experiencia muestra que la temperatura del refrigerante es igual a la temperatura de los gases de escape en los motores, como es el caso de los motores de combustión interna (ICE para abreviar).

ICE es el motor térmico más común en nuestro mundo. La eficiencia del motor térmico en este caso depende de la temperatura creada por el combustible de combustión. Una diferencia significativa entre el motor de combustión interna y los motores de vapor es la fusión de las funciones del calentador y el medio de trabajo del dispositivo en la mezcla de aire y combustible. Al arder, la mezcla crea presión sobre las partes móviles del motor.

Se alcanza un aumento en la temperatura de los gases de trabajo, cambiando significativamente las propiedades del combustible. Desafortunadamente, es imposible hacer esto indefinidamente. Cualquier material del que esté hecha la cámara de combustión del motor tiene su propio punto de fusión. La resistencia al calor de dichos materiales es la característica principal del motor, así como la capacidad de afectar significativamente la eficiencia.

Valores de eficiencia de motores

Si consideramos la temperatura del vapor de trabajo en la entrada del cual es de 800 K, y la temperatura de los gases de escape es de 300 K, entonces la eficiencia de esta máquina es del 62%. En realidad, sin embargo, este valor no supera el 40%. Tal disminución se produce debido a las pérdidas de calor durante el calentamiento de la carcasa de la turbina.

El valor más alto de combustión interna no supera el 44%. Incrementar este valor es una cuestión de futuro cercano. Cambiar las propiedades de los materiales y los combustibles es un problema en el que están trabajando las mejores mentes de la humanidad.