Toplotni stroj
Toplotna mašina ili toplinski stroj je stroj koji vrši pretvorbu topline u mehaničku energiju, koju potom možemo koristiti za mehanički rad.[1][2] To postiže spuštanjem visoke temperature radne tvari na nižu. Izvor topline proizvodi toplinsku energiju pomoću koje radna tvar postiže visoku temperaturu. Radna tvar proizvodi rad u radnom tijelu stroja za vrijeme prijenosa topline do hladnijeg spremnika sve dok se ne ohladi na nižu temperaturu. Tijekom procesa jedan dio toplinske energije se pretvara u rad iskorištavanjem svojstava radne tvari. Radna tvar može biti bilo koji sustav s toplinskim kapacitetom različitim od nule, a obično je to plin ili tekućina.
U toplinske strojeve spadaju u prvom redu parni agregati. Parni agregati sastoje se od parnog kotla i stapnog parnog stroja, odnosno od parnog kotla i parne turbine. U parnom kotlu proizvodi se vodena para čija se potencijalna energija pretvara u parnom stroju u mehanički rad. Kod parnih se turbina iskorišćuje kinetička energija vodene pare. U toplinske strojeve spadaju također plinske turbine, motori s unutarnjim izgaranjem i reaktivni motori. Kod motora s unutarnjim izgaranjem gorivo izgara u samom cilindru i dio proizvedene topline pretvara se u mehanički rad. Kod reaktivnih motora (mlazni motor) iskorišćuje se toplinska energija ispušnih plinova za stvaranje reaktivnog djelovanja. Prvi toplinski stroj bio je parni stroj na stap, a izumio ga je James Watt 1769. [3]
Objašnjenje uredi
U termodinamici, toplinski strojevi su često modelirani korištenjem standardnih inženjerskih modela kao što je na primjer Ottov ciklus. Teoretski model može biti poboljšan i proširen konkretnim podacima s operativnog stroja korištenjem dijagrama stanja. Potpuno razumijevanje stroja i njegove iskoristivosti zahtijeva dobro poznavanje (eventualno pojednostavljenih) teoretskih modela, praktičnih pojedinosti stvarnih motora, i poznavanje razlika između njih. U općim uvjetima, što je veća temperatura dovođenja topline, a niža temperatura odvođenja, veća je iskoristivost kružnog procesa (ciklusa). Na Zemlji, rashladni dio je ograničen do otprilike temperature okoliša, tako da se većina pokušaja poboljšanja stupnja iskoristivosti toplinskog stroja zasniva na povišenju temperature ogrijevnog dijela (spremnika). Najveća teoretska učinkovitost toplinskog stroja (koju ne postiže nijedan stroj) jednaka je razlici temperatura između ogrijevnog i rashladnog spremnika podijeljenoj s temperaturom ogrijevnog spremnika. Korisnosti različitih toplinskih strojeva koji se danas koriste kreću se u rasponu od 3 do 44% za parni stroj, benzinski motor od 10 do 37%, termoelektrana na ugljen od 25 do 45%, nuklearna elektrana 33%. [4]
Podela uredi
Prema mestu sagorevanja goriva, to jest mestu oslobađanja toplote, toplotni motori mogu biti:
- motori sa spoljašnjim sagorevanjem (SSS motori), koji se dele na
- klipne (parna mašina);
- strujne (parna turbina);
- motori sa unutrašnjim sagorevanjem (SUS motori), koji se dele na:
- klipne:
- rotacione, to jest motore sa obrtnim klipovima (Vankelov motor);
- translatorne (ili linijske), to jest sa oscilujućim klipovima. Naziv klipni motori označava ove motore u užem smislu, a koristi se i naziv klasični klipni motori. U ovu grupu spadaju oto motori i dizel-motori, koji mogu biti dvotaktni i četvorotaktni.
- strujne (gasna turbina, mlazni i raketni motori);
- klipne:
Izvori uredi
- ↑ Fundamentals of Classical Thermodynamics, 3rd ed. p. 159, (1985) by G. J. Van Wylen and R. E. Sonntag: "A heat engine may be defined as a device that operates in a thermodynamic cycle and does a certain amount of net positive work as a result of heat transfer from a high-temperature body and to a low-temperature body. Often the term heat engine is used in a broader sense to include all devices that produce work, either through heat transfer or combustion, even though the device does not operate in a thermodynamic cycle. The internal-combustion engine and the gas turbine are examples of such devices, and calling these heat engines is an acceptable use of the term."
- ↑ Mechanical efficiency of heat engines, p. 1 (2007) by James R. Senf: "Heat engines are made to provide mechanical energy from thermal energy."
- ↑ Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.
- ↑ djelotvornost (iskoristivost, učinkovitost, korisnost), [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
