Hvad er en varmemaskine?
En varmemotor er en enhed der bruges til at konvertere termisk energi eller varme til mekanisk arbejde. Dette gøres, når varme, der stammer fra en varm kilde, går gennem selve motoren og ned i en kølevask. Kølevasken er den lavere temperatur i en termodynamisk cyklus, såsom kondensationsenheden, der findes i Rankine eller dampcyklus. Der er mange forskellige typer varmemotorer, som hver har sin egen specifikke cyklus. Nogle eksempler på varmemotorer ville omfatte damp- og forbrændingsmotorer sammen med Stirling-motorer og gasturbiner.
Almindeligvis vil en varmemotor forveksles med den termodynamiske cyklus, der finder sted i selve motoren. Dette skyldes hovedsageligt, at varmemotorer ofte klassificeres efter deres specifikke termodynamiske cyklusser. Selve enheden, der konverterer termisk energi til arbejde, er kendt som "motoren", mens den termodynamiske model, der anvendes til motoren, er "cyklus." På grund af dette omtales ikke dampmotorer som Rankine-motorer.
En effektiv varmemotor vil prøve at efterligne sin respektive cyklus så godt som muligt. Jo højere temperaturforskellen mellem varmekilden og kølevasken er i cyklus, desto mere effektiv er motoren. For eksempel kræver en effektiv dampmaskine både en varmekilde med høj temperatur og en køleplade med lav temperatur. I Rankine-cyklus bruger en kedel en brænder til høj temperatur til at omdanne vand til dampen. Denne damp går gennem motoren og kondenseres derefter tilbage i vand gennem en lavtemperaturkondensator.
Jo koldere kondensatoren er, jo mere kondenseres dampen tilbage i vand. Dette skyldes, at kondensatorer er lavet til effektivt at vende mætningsprocessen, der udføres af kedlen. Dette vil hjælpe med at opnå højere kondensationshastigheder; jo højere hastigheden er, jo mere vand returneres. Dette hjælper med at øge den samlede effektivitet af dampcyklussen.
Selvom varmemotoreffektiviteten kan optimeres stærkt gennem en stor forskel i temperaturer mellem varmekilden og kølevasken, er den stadig begrænset. Dette skyldes, at temperaturen i kølevasken er afhængig af temperaturen, der omgiver den, som i nogle situationer ikke kan køles til ideelle forhold. På grund af dette er effektiviteten af en varmemotor begrænset til temperaturgrænser for kølevasken. En fælles løsning på dette er at øge temperaturen på den varme kilde; men selv dette er begrænset til en mangel på materialestyrke under høje temperaturer.
Varme motoreffektivitet varierer afhængigt af den specifikke motor og cyklus. Termisk effektivitet spænder overalt fra 3% til omkring 70%, med bilmotorer, der opnår en termisk effektivitet et sted omkring 25%. De mere effektive varmemotorer findes i store kraftværker, hvor både gas- og dampturbiner bruges til at generere elektricitet.