O que é um mecanismo de aquecimento?

Um mecanismo de aquecimento é um dispositivo usado para converter energia térmica, ou calor, em trabalho mecânico. Isso é feito quando o calor, proveniente de uma fonte quente, passa pelo próprio motor e entra em uma pia fria. O dissipador frio é a parte de temperatura mais baixa de um ciclo termodinâmico, como a unidade de condensação encontrada no ciclo Rankine, ou vapor. Existem muitos tipos diferentes de motores térmicos, cada um com seu próprio ciclo específico. Alguns exemplos de motores térmicos incluem motores a vapor e de combustão interna, juntamente com motores Stirling e turbinas a gás.

Geralmente, um motor térmico é confundido com o ciclo termodinâmico que ocorre no próprio motor. Isso ocorre principalmente porque os motores térmicos são frequentemente classificados por seus ciclos termodinâmicos específicos. O próprio dispositivo que converte energia térmica em trabalho é conhecido como "motor", enquanto o modelo termodinâmico aplicado ao motor é o "ciclo". Por esse motivo, os motores a vapor não são referidos como motores Rankine.

Um mecanismo de calor eficiente tentará e imitar o seu respectivo ciclo da melhor maneira possível. Quanto maior a diferença de temperatura entre a fonte quente e a pia fria dentro do ciclo, mais eficiente é o motor. Por exemplo, um motor a vapor eficiente requer uma fonte de calor de alta temperatura e um dissipador de frio de baixa temperatura. No ciclo Rankine, uma caldeira utiliza um queimador de alta temperatura para converter água em vapor. Esse vapor passa pelo motor e é condensado novamente na água através de um condensador de baixa temperatura.

Quanto mais frio o condensador estiver, mais vapor será condensado novamente na água. Isso ocorre porque os condensadores são feitos para reverter efetivamente o processo de saturação realizado pela caldeira. Fazer isso ajudará a obter taxas de condensação mais altas; quanto maior a taxa, mais água será devolvida. Isso ajuda a aumentar a eficiência geral do ciclo de vapor.

Embora a eficiência do motor de calor possa ser altamente otimizada por meio de uma grande diferença de temperatura entre a fonte quente e a pia fria, ela ainda é limitada. Isso ocorre porque a temperatura do dissipador de frio depende da temperatura que o cerca, o que, em algumas situações, não pode ser resfriado para as condições ideais. Devido a isso, a eficiência de um motor térmico é limitada aos limites de temperatura do dissipador de frio. Uma solução comum para isso é aumentar a temperatura da fonte quente; mesmo assim, isso se limita à falta de resistência do material sob altas temperaturas.

A eficiência do motor térmico varia de acordo com o mecanismo e o ciclo específicos. A eficiência térmica varia de 3% a cerca de 70%, com os motores de carros atingindo uma eficiência térmica em torno de 25%. Os motores térmicos mais eficientes são encontrados em grandes usinas de energia, onde turbinas a gás e a vapor são usadas para gerar eletricidade.