Maszyna cieplna

Maszyna cieplna – zespół urządzeń energetycznych realizujący zamknięty cykl przemian (obieg termodynamiczny), w wyniku których następuje wymiana energii między układem mechanicznym, a dwoma zbiornikami ciepła o różnych temperaturach ^[1].

Klasyfikacja

Schemat energetyczny silnika cieplnego

Silnik cieplny

Silnik cieplny to urządzenie, które zamienia energię termiczną (cieplną) w energię mechaniczną (praca) lub elektryczną.

Pompa ciepła

Schemat sprężarkowej pompy ciepła: 1) skraplacz, 2) zawór dławiący (lub kapilara), 3) parownik, 4) sprężarka.

Pompa ciepła to urządzenie, które ogrzewa obszar o temperaturze wyższej poprzez podnoszenie ciepła z obszaru o niższej temperaturze do tego obszaru ^[2].

Chłodziarka

Chłodziarka to urządzenie, którego celem jest obniżenie temperatury jakiegoś ciała do temperatury niższej od temperatury otoczenia ^[3].

Cieplne maszyny przepływowe

Maszynami cieplnymi są także maszyny przepływowe o przepływie ciągłym (maszyny wirnikowe) lub okresowym (maszyny tłokowe), jeżeli wewnątrz maszyny występuje istotna zmiana temperatury czynnika roboczego ^[4]. Przykładami maszyn przepływowych są: sprężarki i turbiny.

Wnioski z zasad termodynamiki

Wszystkie maszyny działają zgodnie z zasadami termodynamiki. Z pierwszej zasady termodynamiki, wynika, że zachowany jest całkowity bilans energii. Dla silnika cieplnego: praca wykonana (W) jest równa różnicy energii pobranej na sposób cieplny ze źródła ciepła i oddanej do chłodnicy:

$W = Q_H -Q_C\,$

Z drugą zasadę termodynamiki, z której wynika że nie można skonstruować silnika cieplnego w całości zamieniającego dostarczone ciepło na pracę, a maksymalna sprawność silnika cieplnego zależy od różnicy temperatur źródła ciepła i chłodnicy i wyraża się wzorem:

$\eta = \frac W {Q_H} = \frac{Q _H - Q _C}{Q_C} = \frac{T_H-T_C}{T_H}$

W praktyce oznacza to, że silniki cieplne oprócz użytecznej pracy zawsze oddają do otoczenia ciepło, które jeśli nie jest wykorzystane, staje się ciepłem odpadowym. Stanowi to podstawę skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w elektrociepłowniach.

Zobacz też

• cykl Carnota, Cykl Diesla, IGCC, Cykl Otta
• silniki cieplne, o spalaniu zewnętrznym, turbiny parowe, silnik Stirlinga, silnik o spalaniu wewnętrznym, silnik tłokowy, turbina gazowa, Maszyna parowa
• pompa ciepła
• elektrownia cieplna, siłownia
• perpetuum mobile

Bibliografia

¹  Waldemar Ufnalski, Wprowadzenie do termodynamiki chemicznej, wykład 7: 7. Elementy teorii maszyn cieplnych, 7.1. Maszyny cieplne - zasada działania, Warszawa, Politechnika Warszawska, slide. 3, materiały dla studentów

²  Stanisław Ochęduszko, Termodynamika stosowana, rozdział: D. Druga zasada termodynamiki, XIV Obiegi termodynamiczne, Warszawa, Wyd. Naukowo-Technicznei, ss. 127-128, 1974, ISBN - n/a, [5]

³  Stanisław Ochęduszko, Termodynamika stosowana, rozdział: D. Druga zasada termodynamiki, XIV Obiegi termodynamiczne, Warszawa, Wyd. Naukowo-Technicznei, ss. 127-128, 1974, ISBN - n/a

⁴  Jan Szargut, Teoria procesów cieplnych, rozdział: 7. Ziębiarki i pompy grzejne, Warszawa, Wyd. Naukowo-Technicznei, ss. 190, 1973, ISBN n/a [6]

⁵  G. Przybyła, T. Malkiewicz Laboratorium Techniki Cieplnej Instytutu Techniki Cieplnej Wydziału Inzynierii Środowiska i Energetyki Politechniki Sląskiej, Instrukcja Laboratoryjna, Temat ćwiczenia: Badanie wykresu indykatorowego maszyn tłokowych, ss.3 [7]