O que é um motor de calor?

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

Geralmente, um motor térmico será confundido com o ciclo termodinâmico que ocorre dentro do próprio motor. Isso ocorre principalmente porque os motores térmicos são frequentemente classificados por seus ciclos termodinâmicos específicos. O próprio dispositivo que converte a energia térmica em trabalho é conhecida como "motor", enquanto o modelo termodinâmico que está sendo aplicado ao motor é o "ciclo". Devido a isso, os motores a vapor não são chamados de motores rankine.

Um motor térmico eficiente tentará imitar seu respectivo ciclo o melhor 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 coletor frio de baixa temperatura. No ciclo Rankine, uma caldeira utiliza um queimador de alta temperatura para converter água no vapor. Este vapor passa pelo motor e é então condensado de volta à água através de um condensador de baixa temperatura.

Quanto mais frio o condensador for, mais vapor será condensado de volta à água. Isso ocorre porque os condensadores são feitos para reverter efetivamente o processo de saturação realizado pela caldeira. Fazer isso ajudará a alcançar taxas de condensação mais altas; Quanto maior a taxa, mais água será devolvida. Isso ajuda a aumentar a eficiência geral do Steam Cycle.

Embora a eficiência do motor térmico possa ser altamente otimizada através de uma grande diferença de temperaturas entre a fonte quente e o coletor, ela ainda é limitada. Isso ocorre porque a temperatura do coletor depende da temperatura ao redor, que em algumas situações não pode ser resfriada nas condições ideais. Devido a isso, a eficiência de um motor térmico é limitada aos limites de temperatura do coletor. Uma solução comum para isso é aumentar a temperatura da fonte quente; No entanto, mesmo isso é limitado à falta de força material sob altas temperaturas.

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