Warning: "continue" targeting switch is equivalent to "break". Did you mean to use "continue 2"? in /home/elkadotc/public_html/plugins/system/helix3/core/classes/menu.php on line 89

 

Pagină web în lucru!
Partea în engleză este mai completă....

Caut student/a pentru a ajuta la corecturi, eventual traduceri.....

Newsletter subscription

Motorul cu aburi și formula Carnot

OTOARELE TERMICE ŞI ÎNCEPUTUL ABSURDITĂŢILOR ÎN TERMODINAMICĂ

Cadrul actual și actuala interpretare

În interpretarea actuală, motoarele termice sunt motoarele ce consumă un combustibil (cărbune, benzina, motorina, alcool, etc) şi transformă căldura dezvoltată în lucru mecanic.
Prima masina cu aburi a fost inventata in antichitate de catre Heron din Alexandria. Mult mai tîrziu, spre sfîrşit de ev mediu, maşini cu aburi rudimentare au fost inventate de Denis Papin, Thomas Savery, Thomas Newcomen, ş.a. şi utilizate în principal la extragerea apei din minele de cărbuni. Îmbunătăţiri semnificative la aceste modele primitive au fost aduse de James Watt şi ulterior maşina cu aburi a început să fie folosită într-o gamă largă de aplicaţii începînd de la torsul şi ţesutul textilelor pînă la transporturile feroviare sau maritime. Practic dezvoltarea motorului cu aburi a condus la ceea ce istoria numeşte revoluţia industrială.
La primele prototipuri de maşini cu aburi, presiunea aburilor este exercitata asupra unui capăt al cilindrului pentru a-l pune în mişcare. În varianta perfecţionată, ambele capete ale pistonului sunt folosite pentru a produce forţă mecanică şi de aceea aceste motoare se mai numesc cu dublă acţiune.
Vom analiza în detaliu principiu de funcționare al unui motor cu aburi cu dublă acțiuune. Aburii venind de la un boiler, intră prin conducta A în canalul de admisie şi ajung în corpul motorului C, în partea stîngă a pistonului mobil E. Drumul aburilor este figurat în culoare roşie la admisie şi în culoare bleu la refulare.

Figura 1

Aburii sub presiune vor exercita o forţă asupra pistonului mobil şi, în consecinţă, acesta se va deplasa spre dreapta (fig.2).

Figura 2

Supapa D care are şi în realitate forma unei litere D tăiate, se deplasează spre stînga (fig. 3) şi blochează admisia vaporilor în canalul de admisie stînga, eliberînd însă canalul de admisie dreapta pentru vapori, în condiţiile în care pistonul a facut deja cursa spre dreapta. În acelaşi timp supapa D, pune în legătură camera stîngă a pistonului cu atmosfera, printr-un canal de evacuare, fapt care duce la o echilibrare a presiunilor; în acest fel excesul de vapori sub presiune este transferat în atmosferă producînd un şuierat specific.

Figura 3

Desigur că această mişcare a supapei D, lasă drum liber pentru aburii sub presiune să intre în partea dreaptă a pistonului şi acest fapt va forţa deplasarea acestuia înapoi spre stînga ca în fig. 4.

Figura 4

Supapa D îşi schimbă din nou poziţia şi practic situaţia din fig 5 este aproape identică cu situaţia iniţială. Diferența constă în faptul că avem camera din partea dreaptă a pistonului plină cu abur și aceasta este acum în contact cu atmosfera. Ca și în cazul precedent, are loc o echilibrare a presiunilor între camera pistonului şi atmosferă cu eliminarea de abur prin canalul de evacuare.

Figura 5

În acest fel, aburii sunt admisi alternativ la fiecare capat al pistonului, iar celalalt capat este conectat automat la canalul de evacuare, iar această miscare de du-te-vino poate fi apoi transformată în mişcare circulară cu ajutorul unei biele.
Cînd aburii dintr-un cilindru se dilată, temperatura lor scade. La o maşină elementară cu aburi cu dublă acţiune, dilatarea aburilor determină răcirea acelui capăt al cilindrului unde urmează sa fie admişi aburi noi. Dacă aburii sufera o dilatare mare, răcirea produsă determină pierderi excesive de caldură în masină. Aceste pierderi pot fi compensate arzîndu-se mai mult combustibil, însă aceasta reduce eficacitatea maşinii. Schimbarea de temperatură poate fi redusă prin limitarea presiunii vaporilor admişi în cilindru, astfel încît sa aiba loc o dilatare mai redusă, însă acest lucru reduce puterea maşinii.

După o periodă de glorie de mai bine de un secol, motoarele cu aburi au fost, în general, abandonate în favoarea motoarelor cu combustie internă.

 

Modelarea teoretică a funcționării motoarelor termice și practic dezvoltarea termodinamicii ca o ramură a fizicii a cunoscut un progres semnificativ după publicarea de către Sadi Carnot în anul 1824 a studiului intitulat ,,Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à developper cette puissance”.
Se acceptă că într-un proces ciclic monoterm se realizează doar transformarea lucrului în căldură, nu și invers. Pentru a obține convertirea căldurii în lucru mecanic este necesar ca mașina termică să funcționeze cu două surse de căldură, la temperaturi diferite.
Carnot a imaginat ciclul de funcționare al unei mașini termice ideale biterme reversibile despre al cărei randament a demonstrat că limitează superior randamentul oricărei mașini termice reale care ar funcționa între aceleași temperaturi extreme ca și ciclul Carnot.
Mașina termică reală diferă de cea ideală prin faptul că între piesele sale aflate în mișcare există frecări și pierderi de căldură, ceea ce modifică bilanțul energetic.

 

In continuare este prezentat un asemenea ciclu ideal de functionare a unei masini termice numit şi ciclul Carnot. Acesta ciclu se compune din patru procese. Între stările A si B gazul se destinde izoterm, cilindrul fiind în contact termic cu sursa calda la temperatura T1. În cursul acestei destinderi izoterme, gazul primeste caldura Q1 de la sursa calda.

Figura 11

Se întrerupe apoi contactul termic cu sursa calda si se destinde adiabatic gazul adiabatic între stårile B și C. În starea C, gazul atinge temperatura T2 a sursei reci.
În cursul proceselor A – B si B - C gazul efectueazå lucru mecanic asupra pistonului (îl împinge) si prin intermediul sau face sa se roteasca volantul.
O data ajuns la temperatura T2, gazul este pus în contact termic cu al doilea rezervor de caldura, sursa rece. Din cauza inertiei, volantul se roteste în continuare, în timp ce pistonul, cu care este angrenat, comprima izoterm (la T2) gazul între C și D. În timpul acestei comprimari izoterme gazul cedeaza sursei reci caldura Q2. În starea 4 se întrerupe contactul termic cu sursa rece si pistonul comprima adiabatic gazul pâna în starea initiala A, când temperatura sa redevine T1.
Ciclul Carnot direct reprezentat în planul de coordonate (p, V) în fig 11 este parcurs în sensul acelor de ceasornic. Lucrul mecanic total furnizat (L > 0) va fi reprezentat de aria cuprinsa în interiorul ciclului, pozitiva prin conventie.
Asa dupa cum se vede, el descrie doua curbe izoterme pe portiunile A-B si C-D si doua curbe adiabatice pe portiunile B-C si D-A. Aceste transformari sunt in anumite conditii ideale si deci si o masina termica ce ar functiona dupa acest ciclu ar avea randamentul ideal:
h = (T1 – T2) / T1
T1 – temperatura de intrare
T2 – temperatura de iesire
Pentru a se realiza acest randament, trecerea de la T1 la T2 trebuie sa se faca brusc, astfel ca vaporii sa nu intalneasca pe drum temperaturi intermediare iar transformarile sa fie perfect reversibile.
Masinile termice nu ating niciodata randamentul maxim ideal, fiind destul de departe de acesta. Ca idee generală randamentul mașinilor termice variază în limite destul de largi, după cum urmează:
· Masina cu abur simplă = 2%
· Masina cu abur perfectionata = 20%
· Turbinele cu vapori = 25%
· Motorul cu carburator = 35%
· Motorul Diesel = 45%

Principiul al II-lea al termodinamicii a fost descoperit de Carnot in 1824 și se enunță astfel: Toate masinile termice care functioneaza intre aceleasi limite de temperatura au acelasi randament maxim.
Consecințe ale principiului II:
1. Nu este posibilă o transformare integrală a căldurii în lucru mecanic;
2. Randamentul unei masini termice este cu atat mai mare cu cît diferența de temperatură dintre sursa caldă și sursa rece este mai mare.
Principiul al II-lea al termodinamicii ne arată că pentru ca o mașină termică să poată functiona este absolut nevoie de două surse de caldură. Prin urmare, în orice masina termică avem un rezervor de caldură, la temperatura mai înaltă, care o cedează unui organ de transformare. Acesta reține și transformă o parte din ea si transmite restul spre exterior, la temperatură mai joasă.
Masinile termice reale pot fi studiate pe baza modelului teoretic oferit de ciclul Carnot.
Pentru o mașină termică, transformarea căldurii în lucru mecanic se face în interiorul cilindrului motorului, prin destindere de la o valoare anumită valoare pentru presiune, volum și temperatura vaporilor generați în procesul de ardere, la presiunea si temperatura din exterior.

 

Modelarea teoretică a funcționării motoarelor termice și practic dezvoltarea termodinamicii ca o ramură a fizicii a cunoscut un progres semnificativ după publicarea de către Sadi Carnot în anul 1824 a studiului intitulat ,,Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à developper cette puissance”.
Se acceptă că într-un proces ciclic monoterm se realizează doar transformarea lucrului în căldură, nu și invers. Pentru a obține convertirea căldurii în lucru mecanic este necesar ca mașina termică să funcționeze cu două surse de căldură, la temperaturi diferite.
Carnot a imaginat ciclul de funcționare al unei mașini termice ideale biterme reversibile despre al cărei randament a demonstrat că limitează superior randamentul oricărei mașini termice reale care ar funcționa între aceleași temperaturi extreme ca și ciclul Carnot.
Mașina termică reală diferă de cea ideală prin faptul că între piesele sale aflate în mișcare există frecări și pierderi de căldură, ceea ce modifică bilanțul energetic.
In continuare este prezentat un asemenea ciclu ideal de functionare a unei masini termice numit şi ciclul Carnot. Acesta ciclu se compune din patru procese. Între stările A si B gazul se destinde izoterm, cilindrul fiind în contact termic cu sursa calda la temperatura T1. În cursul acestei destinderi izoterme, gazul primeste caldura Q1 de la sursa calda.

Figura 11

Se întrerupe apoi contactul termic cu sursa calda si se destinde adiabatic gazul adiabatic între stårile B și C. În starea C, gazul atinge temperatura T2 a sursei reci.
În cursul proceselor A – B si B - C gazul efectueazå lucru mecanic asupra pistonului (îl împinge) si prin intermediul sau face sa se roteasca volantul.
O data ajuns la temperatura T2, gazul este pus în contact termic cu al doilea rezervor de caldura, sursa rece. Din cauza inertiei, volantul se roteste în continuare, în timp ce pistonul, cu care este angrenat, comprima izoterm (la T2) gazul între C și D. În timpul acestei comprimari izoterme gazul cedeaza sursei reci caldura Q2. În starea 4 se întrerupe contactul termic cu sursa rece si pistonul comprima adiabatic gazul pâna în starea initiala A, când temperatura sa redevine T1.
Ciclul Carnot direct reprezentat în planul de coordonate (p, V) în fig 11 este parcurs în sensul acelor de ceasornic. Lucrul mecanic total furnizat (L > 0) va fi reprezentat de aria cuprinsa în interiorul ciclului, pozitiva prin conventie.
Asa dupa cum se vede, el descrie doua curbe izoterme pe portiunile A-B si C-D si doua curbe adiabatice pe portiunile B-C si D-A. Aceste transformari sunt in anumite conditii ideale si deci si o masina termica ce ar functiona dupa acest ciclu ar avea randamentul ideal:
 = (T1 – T2) / T1
T1 – temperatura de intrare
T2 – temperatura de iesire
Pentru a se realiza acest randament, trecerea de la T1 la T2 trebuie sa se faca brusc, astfel ca vaporii sa nu intalneasca pe drum temperaturi intermediare iar transformarile sa fie perfect reversibile.
Masinile termice nu ating niciodata randamentul maxim ideal, fiind destul de departe de acesta. Ca idee generală randamentul mașinilor termice variază în limite destul de largi, după cum urmează:
• Masina cu abur simplă = 2%
• Masina cu abur perfectionata = 20%
• Turbinele cu vapori = 25%
• Motorul cu carburator = 35%
• Motorul Diesel = 45%

Principiul al II-lea al termodinamicii a fost descoperit de Carnot in 1824 și se enunță astfel: Toate masinile termice care functioneaza intre aceleasi limite de temperatura au acelasi randament maxim.
Consecințe ale principiului II:
1. Nu este posibilă o transformare integrală a căldurii în lucru mecanic;
2. Randamentul unei masini termice este cu atat mai mare cu cît diferența de temperatură dintre sursa caldă și sursa rece este mai mare.
Principiul al II-lea al termodinamicii ne arată că pentru ca o mașină termică să poată functiona este absolut nevoie de două surse de caldură. Prin urmare, în orice masina termică avem un rezervor de caldură, la temperatura mai înaltă, care o cedează unui organ de transformare. Acesta reține și transformă o parte din ea si transmite restul spre exterior, la temperatură mai joasă.
Masinile termice reale pot fi studiate pe baza modelului teoretic oferit de ciclul Carnot.
Pentru o mașină termică, transformarea căldurii în lucru mecanic se face în interiorul cilindrului motorului, prin destindere de la o valoare anumită valoare pentru presiune, volum și temperatura vaporilor generați în procesul de ardere, la presiunea si temperatura din exterior.

E CE ACTUALA EXPLICAŢIE ESTE UN MONUMENT DE ABSURDITATE ....

Experiment 1.
Să considerăm un motor cu aburi, dar în loc să îl alimentăm cu aburii produşi de un boiler să conectăm la conducta de admisie A o butelie cu gaz sub presiune (fig. 13). Rezervorul cu gaz este în echilibru termic cu mediul ambiant. Este complet irelevant dacă experiment se efectuează la cercul polar unde avem o temperatură ambiantă de -30°C, sau la ecuator unde temperatura ambiantă este +30°C. Din considerente economice vom folosi un rezervor de azot care are asigură o presiune de cel putin 15-20 atm, dar orice alt gaz folosit va conduce la aproape acealeaşi rezultate. Desigur că masa moleculară a gazului afectează într-o anumită măsură randamentul final al motorului, dar nu intrăm în detalii la acest stadiu al experimentului.
Azotul sub presiune venind de la rezervor, intră prin calea de admisie stînga care e liberă în camera stîngă a pistonului (fig. 12).

Figura 12

Cum pistonul este mobil, presiunea exercitată de gaz va forța deplasarea acestuia spre dreapta ca în fig. 13. În acelasi timp gazul sub presiune, intrînd in camera pistonului suferă si o dilatare, fapt ce va duce la scăderea temperaturii acestei camere.

Figura 13

Cînd pistonul ajunge să facă cursa spre dreapta complet, supapa D se deplasează spre stînga blocînd intrarea aburului în camera stangă a pistonului și eliberînd accesul gazului sub presiune în camera dreaptă a pistonului ca în fig. 14.

Figura 14

În același timp camera stîngă a pistonului poate comunica cu atmosfera prin intermediul galeriei de evacuare. În acest mod are loc o echilibrare a presiunilor, cu eliminarea excesului de gaz sub presiune din camera stîngă a pistonului.
Gazul sub presiune care intră în camera dreaptă a pistonului forțează deplasarea pistonului spre stînga ca în fig. 15.

Figura 15

În continuare supapa D se deplasează spre dreapta și ciclul poate reîncepe (fig. 16).

Figura 16

După cum se poate observa, nu există nici o diferență în ceea ce privește funcționarea unui motor cu aburi atunci cînd acesta este alimentat fie cu un gaz sub presiune la temperatură normală fie cu abur la temperatură ridicată. Dacă se fac anumite ajustări structurale, se poate ajunge ca un gaz sub presiune să producă un lucru mecanic util mai mare decît în cazul aburilor sub presiune deși temperatura gazului sub presiune este egală cu temperatura ambiantă.
Deși experimentul e rudimentar și banal, consecințele asupra termodinamicii actuale sunt dramatice. Perceptele fundamentale ale termodinamicii sunt negate de acest experiment.
Aşa cum s-a prezentat, motoarele termice se prezintă într-o gamă variată, însă în coformitate cu termodinamica actuală ele funcţionează după acelaşi unic principiu: iau caldură de la o sursă caldă şi o transferă unei surse reci. În formularea dată de Planck pentru principiul II, este imposibilă obţinerea lucrului mecanic printr-un proces ciclic monoterm. Fără această diferenţă de temperatură între sursa caldă şi cea rece, nu se produce nici un transfer de energie şi nu poate fi obţinut lucru mecanic.
În experimentul propus nu avem o sursă caldă sau una rece, însă, la final, se generază lucru mecanic. Asta nu înseamnă că acest motor funcționează fără efecte termice, și spre consternarea actualilor teoreticieni, el preia căldură de la mediul inconjurător.
După cum se observă motorul propus mai sus funcționează doar pe baza diferentei de presiune între un gaz comprimat și atmosfera înconjurătoare.
În teoria propusă, actualele ,,motore termice” funcționează nu datorită căldurii care se degajă, ci datorită diferenței de volum a gazelor care se formează în urma arderii și desigur creșterii presiunii în cilindru.

 

Steam engine and Carnot formula

Background and actual interpretation
According to actual interpretation, engines are devices that consume fuel (coal, gasoline, diesel, alcohol, etc. ) and converts heat into mechanical work.
The first steam engine was invented in ancient times by Heron of Alexandria. Much later, towards the end of the Middle Ages, rudimentary steam engines were invented by Denis Papin, Thomas Savery, Thomas Newcomen, etc. and mainly used for the removal of water from coal mines. Significant improvements in these primitive models were made by James Watt and the steam engine began to be used in a wide range of applications starting from spinning and weaving textiles up to rail or sea navigation. Practical development of the steam engine led to what history calls the industrial revolution.
For the first prototypes of steam engines, steam pressure is exerted on one end of the cylinder to move a piston. In the improved version, both ends of the piston are used to produce mechanical work, and therefore these motors are also known as double-acting.
We analyze in detail the working principle of a double-acting steam engine. The steam coming from a boiler is guided through a pipe to the inlet and enters the body of the motor C to the  left side of the mobile piston E.  The path of steam is featured with red for admission and blue for refulation.

steam-engine-001 

Figure 1
The steam pressure will exert a force on the mobile piston and therefore it will move it to the right ( Fig. 2) . 

steam-engine-002

Figure 2
Valve D moves to the left (Fig. 3) and blocks the inlet of steam to the left part and in the same time open the way steam into the right chamber of the engine as far the piston has already moved to the right. At the same time the valve D connect the left chamber of the piston to the atmosphere through an exhaust port, resulting in an equilibrium of the pressures, excess water vapor in this way is transferred to the air producing a specific whistle.

steam-engine-003 

Figure 3
With the movement of the valve D, let free for steam pressure to get on the right side of the piston, and this movement will force the piston to get back to the left as in Fig . 4 .

 steam-engine-004

Figure 4
D valve changes position again and basically the situation in Figure 5 is almost identical to the original situation. The difference is that we have the right of the piston chamber filled with steam and this is now in contact with the atmosphere. As in the previous case, there is a pressure equilibration between the piston chamber and the atmosphere, with removal of excees pressure. 

steam-engine-005 

Figure 5
In this way the steam is admitted alternately to each end of the piston and the other end is automatically connected to the outlet channel and this come-and-go motion can then be converted into circular motion using a rod.
After a period of glory for more than a century, steam engines were generally abandoned in favor of internal combustion engines .

Experimental part 

Consider a steam engine (one rcovered from a toy can be  used too but the pressure of gas must be changed), but instead of steam produced by the boiler, a pressurized gas cylinder is  connected to the inlet a ( fig. 12). Gas tank is in equilibrium with the surounded environment. It is completely irrelevant whether the experiment is performed at the Arctic Circle where we have an ambient temperature of -30 °C, or at the equator where the ambient temperature is +30 °C. For economic reasons we use a nitrogen tank which is provided with a pressure of at least 15 to 20 atm, but any other gas used will give the results. 
Nitrogen under pressure coming from the tank enters the intake path that is left free in the left chamber of the piston (Fig. 12) and as far the piston has the possibility tomove, the gass pressure will force the piston to go to the right as in fig. 13.

steam-engine-006

Figure 12

steam-engine-007 

Figure 13 

As the piston reaches maximum path toward right, the valve D moves to the left and blocked the entrance to the left room of the piston steam and release gas pressure in the right chamber of the piston as shown in Fig. 14.

 steam-engine-008

Figure 14
At the same time the left of the piston chamber can communicate with the atmosphere through the exhaust pipe. In this way there is a pressure balance with the removal of excess gas pressure in the left chamber of the piston.
The gas under pressure enters the right chamber of the engine and forces the piston to move back to the left  as shown in Fig . 15 .

steam-engine-009 

Figure 15
The valve D move to the right and the cycle can start again ( Figure 16 ) .

 steam-engine-010

Figure 16
As can be seen, there is no difference in the operation of a steam engine when this is supplied with a gas under pressure at normal temperature or with a high temperature steam. If some structural adjustments are made, it can be obtained a higher yield in case of a pressured gas at normal temperature then a steam under pressure. Although the experiment is rudimentary and common, its consequences over current thermodynamic concepts are dramatic. To date thermodynamic principles are ruled out by this simple  experiment.
As it can be seen the engines are working based on pressure gradient and not on temperature gradient.
The formulation given by Planck for the second principle II: it is impossible to obtain mechanical work through a cyclical monothermal process is a nonsense. Without the need for two thermal sources an engine can work for an indefinite time and deliver enough mechanical work. This does not mean that expansion and compresion of gases in the engine are taking place without a heating or cooling even in case of pressured gas feeding the engine.
 In the proposed theory, the present, ,,combustion engine” are working based on pressure gradient generated into engine. The secondary temperature gradient can in a indirect way increase the presure gradient into engine.

© 2017 All Rights Reserved Coșofreț Sorin Cezar

MegaMenu RO


Warning: "continue" targeting switch is equivalent to "break". Did you mean to use "continue 2"? in /home/elkadotc/public_html/plugins/system/helix3/core/classes/Minifier.php on line 227

Please consider supporting our efforts.for establishing a new foundation for exact sciences

Amount