En sopladores de desplazamiento positivo
Sopladores de volumen:
pistón
giratorio
Expansores de pistón
Zapatillas
Las bombas son máquinas hidráulicas para levantar y mover líquidos.
Hoja (centrífuga, axial, vórtice)
Volumétrico (pistón, émbolo)
Giratorio (engranaje, corredera, tornillo)
Jet (inyectores y eyectores).
En las bombas de desplazamiento positivo, la energía se transfiere mediante la acción forzada del fluido de trabajo sobre el medio en movimiento y su desplazamiento. En paletas se bombea la transformación del pelaje. La energía hidráulica se produce mediante una rueda giratoria equipada con palas.
Aficionados
Los ventiladores son dispositivos mecánicos que mueven el aire a través de conductos de aire o suministran o extraen aire directamente de una habitación. El movimiento del aire se produce debido a la creación de una diferencia de presión entre la entrada y la salida del ventilador.
Los fanáticos se dividen en tipos según varios indicadores:
Compresores
Compresor Se denomina máquina sopladora diseñada para comprimir y suministrar aire o cualquier gas a una presión de al menos 0,2 MPa.
Compresores de desplazamiento positivo Funcionan según el principio de desplazamiento, cuando la presión del medio en movimiento aumenta como resultado de la compresión. Estos incluyen compresores de pistón y rotativos.
Compresores dinámicos Trabaja según el principio de la fuerza que actúa sobre el medio en movimiento. Estos incluyen sopladores de paletas (radiales, centrífugos, axiales) y sopladores de fricción (de vórtice, de disco, de chorro, etc.).
Lobulado Se denominan compresores en los que el medio se mueve debido a la energía que se le transfiere cuando fluye alrededor de las palas del impulsor.
Clasificación de motores térmicos:
Motores térmicos- estas son máquinas en las que energía térmica ambiente de trabajo convertido en trabajo mecánico.
Motores térmicos:
Turbinas de vapor. El vapor generado en una caldera de vapor se expande bajo alta presión pasa a través de las palas de la turbina. La turbina gira y produce energía mecánica, que es utilizada por un generador para producir electricidad.
Turbina de gas, un motor térmico continuo en el que el aparato de palas convierte la energía del gas comprimido y calentado en trabajo mecánico sobre el eje. El motor Stirling es un motor externo. En un motor de combustión interna, el combustible se quema dentro de los cilindros y la energía térmica liberada se convierte en trabajo mecánico.
Eficiencia del compresor.
En energía, la eficiencia suele entenderse como la relación entre la energía útil utilizada y toda la energía gastada. Y cuanto mayor sea el porcentaje de energía útilmente utilizada sobre la cantidad total gastada, mayor será la eficiencia. En el caso de las máquinas compresoras, esta definición de eficiencia resulta inaceptable.
Por tanto, para valorar el grado de perfección de las máquinas compresoras reales, se comparan con las ideales. Al mismo tiempo, se introduce la eficiencia isotérmica para los compresores de refrigeración:
ηde = Liz / ld = niz / Dakota del Norte
liz: trabaja en el accionamiento de un compresor ideal bajo compresión isotérmica,
ld: trabajo real en el accionamiento de un compresor enfriado real,
Niz,Nd - las potencias correspondientes de los motores de accionamiento;
Ventajas de la fuente de alimentación
· Las centrales de ciclo combinado permiten alcanzar una eficiencia eléctrica superior al 50%. Bajo costo por unidad de capacidad instalada
· Las plantas de ciclo combinado consumen significativamente menos agua por unidad de electricidad generada en comparación con las centrales eléctricas de vapor
· Poco tiempo construcción (9-12 meses)
· No es necesario un suministro constante de combustible por ferrocarril o transporte marítimo.
· Las dimensiones compactas permiten la construcción directamente en el consumidor (fábrica o dentro de la ciudad), lo que reduce el costo de las líneas eléctricas y el transporte de electricidad. energía
· Más respetuosas con el medio ambiente en comparación con las plantas de turbinas de vapor.
Desventajas de la fuente de alimentación
· Baja potencia unitaria del equipo (160-972,1 MW por unidad), mientras que las centrales térmicas modernas tienen una potencia unitaria de hasta 1200 MW y las centrales nucleares tienen una capacidad unitaria de hasta 1200-1600 MW.
· La necesidad de filtrar el aire utilizado para la combustión del combustible.
El lugar y el papel de los motores térmicos en los sistemas de suministro de calor y energía de las empresas industriales.
Más extendido en economía nacional recibió bombas de paletas. La presión que crean puede superar los 3.500 m y el caudal, 100.000 m3/h en una unidad.
En las centrales térmicas, las bombas centrífugas se utilizan para alimentar calderas, suministrar condensado al sistema de calefacción regenerativa del agua de alimentación, hacer circular agua a los condensadores de las turbinas y agua de la red en los sistemas de calefacción.
EN Últimamente debido al aumento de la potencia de las turbinas de vapor en unidades condensadoras A veces se utilizan bombas axiales.
Las bombas centrífugas y de chorro se utilizan en las centrales térmicas en los sistemas hidráulicos de eliminación de cenizas.
Las bombas de chorro se utilizan para eliminar el aire de los condensadores de las turbinas de vapor.
Entre las bombas volumétricas en la ingeniería termoeléctrica, las bombas de pistón se utilizan para alimentar calderas de vapor con baja producción de vapor. Las bombas rotativas se utilizan en centrales eléctricas en sistemas de control de turbinas y lubricación.
En las centrales térmicas, los compresores de pistón se utilizan para soplar las superficies calefactoras de las calderas con el fin de limpiarlas de cenizas volantes y hollín y suministrar aire comprimido herramienta de reparación neumática.
5-2. Clasificación y ámbito de aplicación de sopladores de desplazamiento positivo y expansores de pistón.
Supercargador: una máquina hidráulica en la que se produce la transformación. Trabajo mecánico en la energía mecánica del entorno de trabajo. El objetivo principal del sobrealimentador es aumentar la presión total del medio transportado.
En sopladores de desplazamiento positivo se logra un aumento en la energía del fluido de trabajo mediante la acción de fuerza de los fluidos de trabajo sólidos.
Sopladores de volumen:
pistón- trabajar en movimiento de traslación cuerpo de trabajo,
giratorio- sopladores que funcionan a movimiento rotacional cuerpo de trabajo.
El propósito de los expansores es lograr una disminución máxima de la temperatura durante la expansión del gas con trabajo externo. Hay dos tipos principales: expansores de pistón y turbo. Los primeros se utilizan en instalaciones de baja capacidad y de alta y media presión de aire. Estos últimos se utilizan principalmente en grandes instalaciones, donde la expansión de los gases en ellos se produce principalmente por baja presión.
Los expansores de pistón operan a temperaturas iniciales del gas más altas hasta ambiente(Proceso Heylandt). Los turboexpansores, excepto durante el período de arranque, funcionan a temperaturas más bajas.
El trabajo realizado por el expansor se utiliza para generar electricidad. Esto permite que las instalaciones de oxígeno gaseoso reduzcan entre un 3 y un 4% el consumo de energía para comprimir el aire que entra en la instalación.
Expansores de pistón
Los expansores de pistón de instalaciones de oxígeno gaseoso están diseñados para enfriar relativamente pequeñas cantidades aire (varios cientos metros cubicos por hora)" con altos grados de expansión (de 6 a 30). El principio de funcionamiento de los expansores de pistón es transferir el trabajo de expansión del gas en el cilindro al cigüeñal de la máquina a través de un mecanismo de manivela. Los expansores de pistón se producen en Versiones verticales y horizontales, y dependiendo de los parámetros iniciales del aire se refieren a máquinas de alta o media presión.
El proceso de trabajo en el expansor consta de seis procesos.
El proceso 1-2 (llenado) ocurre con la válvula de entrada abierta
El proceso 2-3 (expansión) ocurre con las válvulas cerradas; la cantidad de gas en el cilindro es constante.
El proceso 3-4 (escape) ocurre cuando el pistón está en el punto muerto inferior. El gas expandido sale a través de la válvula de escape abierta.
El proceso 4-5 (empuje) ocurre mientras el pistón se mueve desde el PMI. El gas expandido y enfriado a presión constante se empuja fuera del cilindro hacia la tubería detrás del expansor, donde se mezcla con la parte del gas que se liberó del cilindro en el proceso 3-4. La expulsión finaliza en el punto 5 cuando se cierra la válvula de escape.
Proceso 5-6 (compresión inversa). Durante este proceso, el gas restante en el cilindro se comprime a medida que el pistón regresa al PMS. Al mismo tiempo, aumentan la presión y la temperatura del gas. El proceso 6-1 (admisión) comienza en el punto 6 cuando se abre la válvula de admisión.
En la Fig. 85 muestra diagramas indicadores de un expansor de media presión real.
a - diagrama de presión; b - diagrama de temperatura
Reservas internas de energía en la corteza terrestre y los océanos pueden considerarse prácticamente ilimitados. Pero no basta con tener reservas de energía. Es necesario poder utilizar energía para poner en movimiento máquinas herramienta en fábricas y fábricas, vehículos, tractores y otras máquinas, para hacer girar los rotores de los generadores. corriente eléctrica etc. La humanidad necesita motores, dispositivos capaces de realizar un trabajo.
La irreversibilidad de los procesos en la naturaleza impone ciertas restricciones a la posibilidad de utilizar energía interna para realizar trabajos en motores térmicos.
El papel de los motores térmicos en el desarrollo de la energía térmica y el transporte. La mayoría de los motores de la Tierra son motores térmicos, es decir, dispositivos que convierten la energía interna del combustible en energía mecánica.
De gran importancia es el uso de motores térmicos (principalmente potentes turbinas de vapor) en las centrales térmicas, donde accionan los rotores de los generadores de corriente eléctrica. Más del 80% de toda la electricidad de nuestro país se genera en centrales térmicas.
Motores térmicos y turbinas de vapor, también instalados en todos plantas de energía nuclear. En estas estaciones para tomar vapor. alta temperatura Se utiliza la energía de los núcleos atómicos.
Además, todos los tipos principales de transporte moderno utilizan predominantemente motores térmicos. Utilizado en el transporte por carretera. motores de pistón Combustión interna con formación externa de una mezcla combustible (motores de carburador) y motores con formación de una mezcla combustible directamente dentro de los cilindros (diésel). Los mismos motores se instalan en tractores, que son indispensables en la agricultura.
En el transporte ferroviario hasta mediados del siglo XX. La máquina principal era una máquina de vapor. Ahora utilizan principalmente locomotoras diésel con unidades diesel y locomotoras eléctricas. Pero las locomotoras eléctricas también obtienen energía principalmente de los motores térmicos de las centrales eléctricas.
En transporte de agua Se utilizan tanto motores de combustión interna como potentes turbinas de vapor para barcos de gran tamaño.
En la aviación, los motores de pistón se instalan en aviones ligeros, y los motores turborreactores y a reacción, que también pertenecen a los motores térmicos, se instalan en enormes aviones de pasajeros. Los motores a reacción también se utilizan en cohetes espaciales.
Sin motores térmicos civilización moderna inconcebible. No tendríamos electricidad barata en abundancia y nos veríamos privados de todas las formas de transporte rápido.
La principal condición para el funcionamiento de motores térmicos. En todos los motores térmicos, el combustible durante la combustión aumenta la temperatura del fluido de trabajo en cientos o miles de grados en comparación con el medio ambiente. En este caso, la presión del fluido de trabajo aumenta en comparación con la presión del medio ambiente, es decir, la atmósfera, y el cuerpo trabaja debido a su energía interna. El fluido de trabajo de todos los motores térmicos es el gas.
Ningún motor térmico puede funcionar a la misma temperatura de su fluido de trabajo y del medio ambiente. Capaz equilibrio termal no ocurren procesos macroscópicos; en particular, no se puede realizar ningún trabajo.
Una máquina térmica realiza trabajo utilizando energía interna en el proceso de transferir calor de cuerpos más calientes a otros más fríos. En este caso, el trabajo realizado es siempre menor que la cantidad de calor que recibe el motor del cuerpo caliente (calentador). Parte del calor se transfiere a un cuerpo más frío (refrigerador).
El papel del frigorífico. Averigüemos por qué en el trabajo motor térmico La transferencia de algo de calor al refrigerador es inevitable.
Durante la expansión adiabática del gas en un cilindro (Fig. 45), se realiza trabajo debido a una disminución de la energía interna sin transferencia de calor al refrigerador. Según la fórmula (4.14). En un proceso isotérmico, todo el calor transferido al gas resulta ser igual a trabajo; .
Sin embargo, tanto en el primer como en el segundo proceso, el trabajo se realiza durante una única expansión del gas a una presión igual a la presión externa (por ejemplo, presión atmosférica). El motor debe funcionar durante mucho tiempo. Esto sólo es posible si todas las partes del motor (pistones, válvulas, etc.) realizan movimientos que se repiten en determinados intervalos. El motor debe volver periódicamente a su estado original después de un ciclo de funcionamiento; o el motor debe someterse a un proceso invariante en el tiempo (estacionario) (por ejemplo, rotación continua de una turbina).
Para devolver el gas del cilindro a su estado original, es necesario comprimirlo. Para comprimir un gas es necesario trabajar sobre él. El trabajo de compresión será menos trabajo, realizado por el propio gas durante la expansión, si el gas se comprime a una temperatura más baja, y por lo tanto a una presión más baja, que la que ocurrió durante la expansión del gas. Para ello, es necesario enfriar el gas antes de la compresión o durante el proceso de compresión, transfiriendo una cierta cantidad de calor al frigorífico.
En los motores utilizados en la práctica, el gas de trabajo (escape) (o vapor) completado no se enfría antes de la compresión posterior, sino que se libera del motor y el siguiente ciclo de funcionamiento comienza con una nueva porción de gas. Los gases de escape tienen una temperatura más alta que los cuerpos circundantes y les transfieren algo de calor.
Para hacer girar una turbina de vapor, se suministra continuamente vapor caliente a sus palas bajo alta presión, que, una vez realizado el trabajo, se enfría y se retira de la turbina. A medida que el vapor se enfría y se condensa, transfiere calor a los cuerpos circundantes.
En una turbina o máquina de vapor, el calentador es una caldera de vapor y el refrigerador es la atmósfera o dispositivos especiales para enfriar y condensar el vapor de escape: los condensadores. En los motores de combustión interna, se produce un aumento de temperatura cuando el combustible se quema dentro del motor y el "calentador" son los propios productos de combustión calientes. El frigorífico también sirve como atmósfera a la que se liberan los gases de escape.
El diagrama esquemático de un motor térmico se muestra en el recuadro de color. El fluido de trabajo del motor recibe una cantidad de calor del calentador, realiza el trabajo A y transfiere la cantidad de calor al refrigerador.
Otra formulación de la segunda ley de la termodinámica. La imposibilidad de convertir completamente la energía interna en trabajo en máquinas térmicas que periódicamente regresan a su estado original se debe a la irreversibilidad de los procesos en la naturaleza y subyace a otra formulación de la segunda ley de la termodinámica.
Esta formulación pertenece al científico inglés W. Kelvin: es imposible llevar a cabo un proceso tan periódico, cuyo único resultado sería la producción de trabajo debido al calor tomado de una fuente.
Ambas formulaciones de la segunda ley de la termodinámica se determinan mutuamente. Si el calor pudiera transferirse espontáneamente del refrigerador al calentador, entonces la energía interna podría convertirse completamente en trabajo utilizando cualquier motor térmico.
Termodinámica técnica. Conceptos básicos y definiciones.
Kartashevich, A.N., Kostenich, V.G., Pontalev, O.V.
K 27 Ingeniería térmica: curso de conferencias. Parte 1. – Gorki: Academia Agrícola Estatal de Bielorrusia, 2011. 48 p.
ISBN 978-985-467-319-6
Se consideran los parámetros básicos y las ecuaciones de estado de los gases ideales, el concepto y tipos de capacidad calorífica, las mezclas de gases ideales y los métodos para determinar sus parámetros. Se dan las formulaciones y disposiciones básicas de la primera y segunda leyes de la termodinámica, así como un análisis de los procesos termodinámicos básicos de los gases ideales.
Para estudiantes de especialidades 1-74 06 01 – Soporte técnico a procesos productivos agrícolas, 1-74 06 04 – Soporte técnico a obras de saneamiento y manejo de agua, 1-74 06 06 – Apoyo logístico al complejo agroindustrial.
Tablas 4. Figuras 27. Bibliografía. 12.
Revisores: A.S. DOBYSHEV, Doctor en Ingeniería. Ciencias, Profesor, Titular. Departamento de Mecanización de la Ganadería y Electrificación de la Producción Agrícola (EI “BSAHA”); V.G. SAMOSYUK, Ph.D. economía. ciencias, CEO Empresa Unitaria Republicana "Centro Científico y Práctico de la Academia Nacional de Ciencias de Bielorrusia para la Mecanización Agrícola".
CDU 621.1 (075.8)
BBK 31.3ya73
El calor se utiliza en todos los ámbitos de la actividad humana: para generar electricidad, conducir vehículos y diversos mecanismos, calentar locales y también para necesidades tecnológicas.
La principal forma de obtener calor hoy en día es la quema de combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas, que satisface aproximadamente el 90% de las necesidades energéticas de la humanidad. Datos sobre el consumo de energía en el mundo para últimos años y su distribución por especies se presentan en la Tabla. 1 .
Tabla 1. Estructura del consumo mundial de energía en 1998-2008
Como se puede ver en la tabla. 1 datos, el consumo mundial de energía aumenta de año en año. La población y las necesidades humanas crecen constantemente, y esto provoca un aumento en la producción de energía y la tasa de crecimiento de su consumo.
Sin embargo, las reservas de petróleo, gas y carbón no son infinitas y, según las previsiones, los recursos explorados pueden ser suficientes: petróleo para 40 años, gas para 60 años, carbón para 120 años. Las reservas naturales de uranio son suficientes para satisfacer las necesidades energéticas del mundo durante aproximadamente 85 años.
Otro factor que limita el aumento de la producción de energía mediante la quema de combustible es la contaminación cada vez mayor del medio ambiente por los productos de su combustión. No menos peligrosa es la contaminación térmica del medio ambiente, que conduce a calentamiento global y el cambio climático, el derretimiento de los glaciares y el aumento del nivel del mar.
En la energía nuclear surgen problemas medioambientales de otro tipo, asociados a la necesidad de eliminar los residuos nucleares, lo que también conlleva grandes dificultades.
Para determinar las formas más racionales de utilizar el calor, analizar la eficiencia de los procesos de trabajo de las instalaciones térmicas y crear tipos nuevos y más avanzados de dispositivos térmicos, se requieren conocimientos. fundamentos teóricos ingeniería de calefacción.
FUNDAMENTOS DE LA TERMODINÁMICA*
Lección #6
Sujeto. El papel de los motores térmicos en la economía nacional. Problemas ecológicos relacionado con su uso
Objetivo: profundizar el conocimiento de los estudiantes sobre los principios físicos de funcionamiento de los motores térmicos, sus aplicaciones económicas, familiarizar a los estudiantes con los logros de la ciencia y la tecnología en la mejora de los motores térmicos; desarrollar competencias comunicativas, la capacidad de analizar, sacar conclusiones; formar una actitud consciente hacia la protección del medio ambiente, cultivar el interés de los estudiantes por la física y estimular la actividad creativa de los estudiantes.
Tipo de lección: lección de generalización y sistematización de conocimientos.
Forma de impartición: lección-seminario.
Equipo: tarjetas con inscripciones: historiadores, ecologistas, retratos de físicos.
II. Actuaciones de banda
Historiador. En 1696, el ingeniero inglés Thomas Savery (1650-1715) inventó una bomba de vapor para elevar agua. Se utilizó para bombear agua en las minas de estaño. Su trabajo se basaba en enfriar vapor calentado que, al comprimirse, creaba un vacío que aspiraba agua de la mina hacia la tubería.
1707, se instaló la bomba Severi en jardín de verano En Petersburgo. El mecánico inglés Thomas Newcomen (1663-1729) creó en 1705 una máquina de vapor para bombear agua de las minas. En 1712, siguiendo las ideas de Papin y Severy, Newcomen construyó una máquina que se utilizó en las minas de Inglaterra hasta mediados del siglo XVIII.
El primero prácticamente en funcionamiento. maquinas universales fueron creados por el inventor ruso I. Polzunov (1766) y el inglés D. Watt (1774)
La máquina de vapor de Polzunov tenía una altura de 11 m, un volumen de caldera de 7 m3, una altura de cilindro de 2,8 my una potencia de 29 kW. Esta máquina funcionó durante mucho tiempo en una de las plantas mineras de Rusia.
Historiador. En 1765, J. Watt diseñó y luego mejoró una máquina de vapor de un tipo fundamentalmente nuevo. Su máquina no sólo podía bombear agua, sino también proporcionar movimiento a máquinas, barcos y tripulaciones. Hasta 1784, la creación de una máquina de vapor universal prácticamente se completó y se convirtió en el principal medio de generación de energía en la producción industrial. Durante los años 1769-1770, el inventor francés Nicolas Joseph Cugnot (1725-1804) diseñó un vagón de vapor, el predecesor del automóvil. Todavía se conserva en el Museo de Artes y Oficios de París.
El estadounidense Robert Fulton (1765-1815) navegó en el barco de vapor Clermont, que él mismo construyó, a lo largo del río Hudson en 1807. El 25 de julio de 1814, la locomotora del inventor inglés George Stephenson (1781-1848) arrastró 30 toneladas de carga en 8 vagones por una vía estrecha a una velocidad de 6,4 km/h. En 1823, Stephenson fundó la primera fábrica de locomotoras de vapor. El primer ferrocarril de Stockton a Darlington comenzó a funcionar en 1825, seguido de una línea ferroviaria pública entre los centros industriales de Liverpool y Manchester en 1830. James Nesmith (1808-1890) creó en 1839 un martillo de vapor extremadamente potente que revolucionó la producción metalúrgica. También desarrolló varias máquinas nuevas para trabajar metales.
Así comenzó el florecimiento de la industria y vias ferreas- primero en el Reino Unido y luego en otros países del mundo.
Maestro. Recordemos el principio de funcionamiento de un motor térmico.
Mecánico. Los motores térmicos son máquinas en las que la energía interna se convierte en energía mecánica.
Existen varios tipos de motores térmicos: motores de vapor, motores de combustión interna, turbinas de vapor y gas, motores a reacción. En todos estos motores, la energía del combustible se convierte primero en energía del gas (vapor). Al expandirse, el gas (vapor) realiza trabajo y al mismo tiempo se enfría, parte de su energía interna se convierte en energía mecánica. En consecuencia, un motor térmico tiene un calentador, un fluido de trabajo y un refrigerador. Así lo estableció en 1824 el científico francés Sadi Carnot. El principio de funcionamiento de una máquina de este tipo se puede representar en un diagrama (Fig. 1).
Además, Carnot estableció que el motor debe funcionar en ciclo cerrado y el más rentable es un ciclo formado por dos procesos isotérmicos y dos adiabáticos. Se llama ciclo de Carnot y se puede representar gráficamente (Fig. 2).
Del gráfico se desprende claramente que el fluido de trabajo realiza un trabajo útil, que es numéricamente igual al área descrita por el ciclo, es decir, el área 1 - 2 - 3 - 4 - 1.
La ley de conservación y transformación de la energía para el ciclo de Carnot es que la energía que recibe el fluido de trabajo del medio ambiente es igual a la energía transferida por él al medio ambiente. Los motores térmicos realizan trabajo debido a la diferencia de presión del gas en las superficies de los pistones o álabes de la turbina. Esta diferencia de presión es creada por una diferencia de temperatura. Este es el principio de funcionamiento de los motores térmicos.
Mecánico. Uno de los tipos más comunes de motor térmico es el motor de combustión interna (ICE), que ahora se utiliza en varios vehículos. Recordemos la estructura de dicho motor: el elemento principal es un cilindro con un pistón, dentro del cual arde el combustible.
El cilindro tiene dos válvulas: entrada y escape. Además, el funcionamiento del motor está garantizado por la presencia de una bujía, un mecanismo de biela y un cigüeñal conectado a las ruedas del automóvil. El motor funciona en cuatro tiempos (Fig. 3): Y la carrera es la aspiración de la mezcla combustible; Carrera II: compresión, al final de la cual el combustible se enciende mediante una chispa de una bujía; Carrera III - carrera de potencia, durante esta carrera los gases generados por la combustión del combustible realizan un trabajo empujando el pistón hacia abajo; Carrera IV: escape, cuando salen los gases de escape y enfriados. En la figura 2.3 se muestra un gráfico de ciclo cerrado que caracteriza los cambios en el estado del gas durante el funcionamiento de este motor. 4.
Trabajo útil por ciclo aprox. igual al área figuras 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 2. La difusión de este tipo de motores se debe a que son ligeros, compactos y tienen una eficiencia relativamente alta (teóricamente hasta el 80%, pero prácticamente sólo el 30%). Las desventajas son que funcionan con combustible caro, tienen un diseño complejo, tienen una velocidad de rotación del eje del motor muy alta y sus gases de escape contaminan la atmósfera.
Ecologista. Para aumentar la eficiencia de combustión de los motores de gasolina (aumentando su octanaje), agregue varias sustancias, predominantemente líquido etílico, que contiene tetraetilo de plomo, que actúa como agente antidetonante (aproximadamente el 70% de los compuestos de plomo se liberan al aire cuando los motores están en marcha). La presencia de incluso una pequeña cantidad de plomo en la sangre provoca enfermedades graves, disminución de la inteligencia, sobreexcitación, desarrollo de agresividad, falta de atención, sordera, infertilidad, retraso del crecimiento, trastornos vestibulares y similares.
Otro problema son las emisiones de óxido de carbono (II). Se puede imaginar la magnitud del daño causado por el CO si un solo automóvil emitiera al aire unos 3,65 kg de óxido de carbono (II) al día (el aparcamiento supera los 500 millones y la densidad del tráfico, por ejemplo, en las autopistas de Kiev alcanza los 50 millones). ¡100 mil automóviles por día con la liberación de 1800-9000 kg de CO al aire cada hora!).
La toxicidad del CO para los humanos es que, cuando ingresa a la sangre, priva a los eritrocitos (glóbulos rojos) de la capacidad de transportar oxígeno, lo que provoca falta de oxígeno, asfixia, mareos e incluso la muerte. Además, los motores de combustión interna contribuyen en parte a la contaminación térmica de la atmósfera, la temperatura del aire en la ciudad donde hay un gran número de Los coches siempre están entre 3 y 5 °C más que la temperatura fuera de la ciudad.
Historiador. En 1896-1897 págs. El ingeniero alemán G. Diesel propuso un motor que tenía más alta eficiencia que en los anteriores. En 1899, el motor diésel se adaptó para funcionar con combustible líquido pesado, lo que llevó a su uso más generalizado.
Maestro. ¿Cuáles son las diferencias entre los motores de combustión interna diésel y de carburador?
Mecánico. Los motores diésel no son inferiores en distribución a los motores de carburador. Su estructura es casi la misma: cilindro, pistón, válvulas de admisión y escape, biela, cigüeñal, volante y ninguna bujía.
Esto se debe al hecho de que el combustible no se enciende por una chispa, sino por la alta temperatura que se crea sobre el pistón debido a la compresión repentina del aire. Se inyecta combustible en este aire caliente y se quema formando una mezcla de trabajo. Este motor es chotiritactico, su diagrama de funcionamiento se muestra en la Fig. 5.
El trabajo útil del motor es igual al área de la figura 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 2. Estos motores funcionan con tipos de combustible baratos y su eficiencia es de aproximadamente el 40%. La principal desventaja es que su funcionamiento depende mucho de la temperatura ambiente (a bajas temperaturas no pueden funcionar).
Ecologista. Los avances significativos en los motores diésel han hecho que estos motores sean “más limpios” que los motores de gasolina; ya se utilizan con éxito en turismos.
Los gases de escape diésel casi no contienen óxido de carbono tóxico, ya que el combustible diésel no contiene tetraetilo de plomo. Es decir, los motores diésel contaminan mucho menos el medio ambiente que los motores de carburador.
Historiador. Los próximos motores térmicos que veremos son las turbinas de vapor y de gas. Dado que este tipo de máquinas se utilizan principalmente en centrales eléctricas (térmicas y nucleares), el momento de su introducción en la tecnología debe considerarse la segunda mitad de los años 30 del siglo XX, aunque la primera pequeños proyectos Estas unidades se fabricaron en los años 80 del siglo XIX. Se debe considerar al diseñador de la primera turbina de gas industrial. M. Makhovsky.
En 1883, el ingeniero sueco G. Dach propuso el primer diseño de una turbina de vapor de una sola etapa, y en 1884-1885 pp. El inglés C. Parson diseñó la primera turbina multietapa. Charles Parson lo utilizó en la central hidroeléctrica de Elberfeld (Alemania) en 1899.
Mecánico. El funcionamiento de las turbinas se basa en la rotación de una rueda con palas bajo la presión de vapor de agua o gas. Por lo tanto, la parte principal de trabajo de la turbina es el rotor, un disco montado sobre un eje con palas a lo largo de su borde. El vapor de la caldera de vapor se dirige mediante canales especiales (boquillas) a las palas del rotor. En las boquillas, el vapor se expande, su presión cae, pero el caudal aumenta, es decir, la energía interna del vapor se convierte en energía cinética del chorro.
Las turbinas de vapor son de dos tipos: turbinas activas, cuya rotación de los rotores se produce como resultado del impacto de los strumini sobre las palas, y turbinas reactivas, en las que las palas están ubicadas de manera que el vapor que sale del espacio entre ellos, crea un empuje a reacción. Las ventajas de una turbina de vapor incluyen velocidad, potencia significativa y grandes Densidad de poder. La eficiencia de las turbinas de vapor alcanza el 25%. Se puede aumentar si la turbina tiene varias etapas de presión compuestas por toberas y palas de rotor que se alternan. La velocidad del vapor en una turbina de este tipo disminuye en la pala de trabajo y luego (después de pasar por la boquilla) aumenta nuevamente debido a una disminución de la presión. Así, de una etapa a otra, la presión del vapor disminuye sucesivamente y realiza trabajo repetidamente. En las turbinas modernas el número de etapas llega a 30.
La desventaja de las turbinas es la inercia, la imposibilidad de regular la velocidad de rotación y la falta de movimiento inverso.
Ecologista. El uso de turbinas de vapor en centrales eléctricas requiere desviar grandes áreas bajo estanques en los que se enfría el vapor residual. Con el aumento de la capacidad de la central eléctrica, la necesidad de agua aumenta considerablemente, además, como resultado del enfriamiento con vapor, se libera una gran cantidad de calor al medio ambiente, lo que nuevamente conduce a la excitación térmica y a un aumento de la temperatura del agua; Tierra.
Historiador. Los motores térmicos incluyen motores a reacción. La teoría de tales motores fue recreada en las obras de E.K. Tsiolkovsky, escritas a principios del siglo XX, y su introducción está asociada con el nombre de otro inventor ucraniano: S.P. En particular, bajo su dirección se crearon los primeros motores a reacción que se utilizaron en aviones (1942), y más tarde (1957) el primer satélite espacial y el primer tripulado. astronave(1961). ¿Cuál es el principio de funcionamiento de los motores a reacción?
Mecánico. Los motores térmicos que utilizan propulsión a reacción y fuga de gas se denominan motores a reacción. El principio de su funcionamiento es que el combustible, cuando se quema, se convierte en gas, que sale a gran velocidad de las boquillas del motor, lo que obliga al avión a moverse. direccion opuesta. Veamos varios tipos de estos motores.
Uno de los diseños más simples es un motor estatorreactor. Se trata de una tubería por la que el flujo que se aproxima fuerza el aire, se inyecta combustible líquido y se enciende. Los gases calientes salen volando de la tubería a gran velocidad, dándole un empuje a chorro. La desventaja de este motor es que para generar empuje debe moverse con respecto al aire, es decir, no puede despegar por sí solo. La velocidad máxima es de 6000 - 7000 km/hora.
Si un motor a reacción tiene una turbina y un compresor, entonces dicho motor se llama turbocompresor. Durante el funcionamiento de dicho motor, el aire ingresa al compresor a través de la admisión, donde se comprime y se suministra a la cámara de combustión, donde se inyecta el combustible. Aquí se enciende, los productos de combustión pasan a través de la turbina, que hace girar el compresor, y salen a través de la boquilla, creando un empuje del chorro.
Según la distribución de potencia, estos motores se dividen en turborreactor y turbohélice. Los primeros gastan la mayor parte de su potencia en el propulsor del jet, mientras que los segundos gastan la mayor parte de su potencia en hacer girar la turbina de gas.
La ventaja de estos motores es que tienen mayor potencia, lo que proporciona las altas velocidades necesarias para elevarse al espacio. Las desventajas son las grandes dimensiones, la baja eficiencia y el daño que causan al medio ambiente.
Ecologista. Dado que los motores a reacción también queman combustible, como todos los motores térmicos, contaminan el medio ambiente. sustancias nocivas que se liberan durante la combustión. Este es dióxido de carbono (CO 2), monóxido de carbono(CO), compuestos de azufre, óxidos de nitrógeno y otros. Si durante el funcionamiento de los motores de los automóviles la masa de estas sustancias ascendía a kilogramos, ahora son toneladas y céntimos. Además, los vuelos de aviones a gran altitud, los lanzamientos de cohetes espaciales y los vuelos de misiles balísticos militares afectan negativamente la capa de ozono de la atmósfera, destruyéndola. Se estima que cien lanzamientos consecutivos del transbordador espacial podrían destruir casi por completo la capa protectora de ozono de la atmósfera terrestre, profesor. ¿Cómo deberían ser los motores del futuro? Mecánico. La mayoría de los expertos creen que deberían ser motores de hidrógeno, es decir, aquellos en los que el hidrógeno reaccionará con el oxígeno, dando como resultado la formación de agua. Los avances que se están llevando a cabo en esta dirección aportan mucho varios diseños motores similares: desde aquellos en los que los depósitos se llenan con los gases adecuados, hasta los automóviles cuyo combustible es jarabe de azúcar. También hay diseños donde el combustible es petróleo, alcohol e incluso residuos biológicos. Pero hasta ahora todos estos motores existen sólo en forma de modelos experimentales, que aún están lejos de ser introducidos en producción. producción industrial. Sin embargo, incluso estos avances dan esperanza de que en el futuro tendremos coches mucho más respetuosos con el medio ambiente que los modernos. Y aunque todavía no hemos conseguido crear un motor térmico que no contamine en absoluto el medio ambiente, nos esforzaremos por conseguirlo.
III. Tarea
Haz tu prueba de tarea
Opción 1
1. La presión del gas debajo del pistón es de 490 kPa. ¿Qué trabajo hace el gas si es presión constante¿Se calienta a una temperatura dos veces mayor que la original? El volumen inicial de gas es de 10 l.
2. El vapor entra a la turbina a una temperatura de 500 °C y sale a una temperatura de 30 °C. Suponiendo que la turbina es un motor térmico ideal, calcule su eficiencia.
3. ¿O se enfriará el aire de la habitación si mantiene abierta la puerta de un frigorífico enchufado?
opcion 2
1. ¿Cuánto cambia la energía interna de 200 g de helio cuando la temperatura aumenta 20 K?
2. La temperatura del calentador de una máquina ideal es de 117 °C y la temperatura del refrigerador es de 27 °C. La cantidad de calor que recibe la máquina del calentador en 1 s es 60 kJ. Calcule la eficiencia de la máquina, la cantidad de calor que absorbe el frigorífico en 1 s y la potencia de la máquina.
3. ¿Cuándo es mayor la eficiencia de una máquina térmica: en climas fríos o cálidos?
Anexo 1
Máquina de vapor de I. Polzunov
James Watt mejoró la bomba de vapor de Newcomen, aumentando su eficiencia. Sus máquinas de vapor, fabricadas en 1775, se utilizaron en muchas fábricas de Gran Bretaña.
Algunos detalles del motor |
motor de carburador |
Motor diesel |
Trabajando fluidamente |
Productos de combustión de gasolina. |
Productos de combustion combustible diesel |
Combustible diesel |
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Presión del cilindro |
1,5 106-3,5 106 Pa |
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Temperatura del aire comprimido |
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Temperatura de los productos de combustión. |
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20-25% (hasta 35%) |
30-38% (hasta 45%) |
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Uso |
En máquinas móviles ligeras de potencia relativamente baja ( carros, motocicletas, etc.) |
EN camiones alta potencia, tractores, tractores, locomotoras diésel, en centrales térmicas estacionarias |
Historia de la creación |
Patentado por primera vez en 1860 por el francés Lenoir; en 1878 se construyó un motor con eficiencia = 2% (el inventor alemán Otto y el ingeniero Langen) |
Creado en 1893 por el ingeniero alemán G. Diesel. |
Apéndice 3
Diagrama de estructura del motor a reacción.
Los motores térmicos son necesarios para generar electricidad para impulsar la mayoría de los vehículos de transporte.
De gran importancia es el uso de potentes turbinas de vapor en las centrales eléctricas para hacer girar los rotores de los generadores. Las turbinas de vapor también se instalan en las centrales nucleares, donde se utiliza la energía de los núcleos atómicos para producir vapor a alta temperatura.
El transporte moderno utiliza todo tipo de motores térmicos. En automóviles, se utilizan tractores, cosechadoras autopropulsadas, locomotoras diésel, motores de combustión interna de pistón, en aviación, turbinas de gas, en cohetes espaciales, motores a reacción.
Los motores térmicos tienen algunas efectos dañinos en el medio ambiente:
En este sentido, el problema de la conservación de la naturaleza ha adquirido gran importancia. Para proteger el medio ambiente es necesario garantizar:
El uso del hidrógeno como combustible para motores térmicos es prometedor: la combustión del hidrógeno produce agua. Se están realizando intensas investigaciones para crear vehículos eléctricos que puedan reemplazar a los de gasolina.
Aksenovich L. A. Física en escuela secundaria: Teoría. Tareas. Pruebas: Libro de texto. Beneficios para las instituciones que imparten educación general. medio ambiente, educación / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 165.
