Hva er en varmemotor?
En varmemotor er en enhet som brukes til å konvertere termisk energi, eller varme, til mekanisk arbeid. Dette gjøres når varme, som stammer fra en varm kilde, går gjennom selve motoren og inn i en kald vask. Kjølevasken er den lavere temperaturen i en termodynamisk syklus, for eksempel kondensasjonsenheten som finnes i Rankine, eller damp, syklus. Det er mange forskjellige typer varmemotorer, som hver har sin egen spesifikke syklus. Noen eksempler på varmemotorer vil omfatte damp- og forbrenningsmotorer, sammen med Stirling-motorer og gassturbiner.
Vanligvis vil en varmemotor forveksles med den termodynamiske syklus som foregår i selve motoren. Dette er hovedsakelig fordi varmemotorer ofte er klassifisert etter deres spesifikke termodynamiske sykluser. Enheten som konverterer termisk energi til å fungere er kjent som "motoren", mens den termodynamiske modellen som brukes på motoren er "syklusen". På grunn av dette blir ikke dampmaskiner omtalt som Rankine-motorer.
En effektiv varmemotor vil prøve å etterligne sin respektive syklus så godt som mulig. Jo høyere temperaturforskjell mellom varmekilden og kjølevasken i syklusen, desto mer effektiv er motoren. For eksempel krever en effektiv dampmotor både en varmekilde med høy temperatur og en kald vask. I Rankine-syklusen bruker en kjele en brenner med høy temperatur for å omdanne vann til dampen. Denne dampen går gjennom motoren og kondenseres deretter tilbake i vann gjennom en lav temperatur kondensator.
Jo kaldere kondensatoren er, jo mer damp vil kondenseres tilbake i vann. Dette er fordi kondensatorer er laget for å effektivt reversere metningsprosessen som utføres av kjelen. Å gjøre det vil bidra til å oppnå høyere kondensasjonshastighet; jo høyere hastigheten er, jo mer vann vil bli returnert. Dette bidrar til å øke den generelle effektiviteten til dampsyklusen.
Selv om varmemotoreffektiviteten kan være svært optimalisert gjennom en stor forskjell i temperaturer mellom varmekilden og kjølevasken, er den fortsatt begrenset. Dette fordi temperaturen på kjølevannet er avhengig av temperaturen som omgir den, som i noen situasjoner ikke kan avkjøles til ideelle forhold. På grunn av dette er virkningsgraden til en varmemotor begrenset til temperaturgrensene for kjøleribben. En vanlig løsning på dette er å øke temperaturen på den varme kilden; men til og med dette er begrenset til mangel på materialstyrke under høye temperaturer.
Varme motoreffektivitet varierer avhengig av den spesifikke motoren og syklusen. Termisk virkningsgrad varierer fra 3% til rundt 70%, med bilmotorer som oppnår en termisk virkningsgrad et sted rundt 25%. De mer effektive varmemotorene finnes i store kraftverk, der både gass- og dampturbiner brukes til å generere strøm.