Isı motoru

Termodinamikte, ısı enerjisini mekanik enerjiye çeviren sistemlere Isı Motoru denir.
Bu çeviriyi maddeyi çok yüksek sıcaklıklara getirip daha sonra düşük sıcaklıklara getirerek yapar.
Isınan madde jeneratörün devinimsel kısmında "iş" yaparak enerjisini jeneratöre aktarır ve soğur.
Bu işlem esnasında bir miktar termal enerji "iş"e dönüşür. Dönüşüm miktarı kullanılan maddeye bağlıdır.
kullanılan madde ısı kapasitesi "0" olmayan herhangi bir madde olabilir ancak genellikle sıvı veya gazlar kullanılır.
Genellikle motorlar enerjiyi mekanik "iş"'e çevirirler. Ancak ısı motorları kendilerini bu tip motorlardan verimliliklerinin Carnot kuramı ile sınırlı olmasından dolayı ayırırlar ama bu limitleme tersine çevrilebilr. Isı motorlarının en büyük avantajı pek çok enerjinin egzotermik reaksiyonlarla(yanma reaksiyonları gibi), ışığın soğurulması ile ve sürtünmeyle kolaylıkla ısı enerjisine çevrilebilmesidir.
Isı motorları genellikle döngülerle karıştırılır.
Termodinamikte ısı motorları çoğu zaman "Otto döngüsü" gibi standart mühendislik döngüleri ile modellenir.
Kuramsal modeller gerçek motorlardan çalışma esnasında alınan verilerle oluşturulur. Ancak motor uygulamalarının pek azı altında yatan termodinamik döngüleriyle gerçekten uyuşur.
Genel terimlerle, ısı farkı ne kadar çok ise, teral verim o kadar fazladır. Dünya üzerinde herhangi bir ısı motorunun soğuk kısmı çevresel etkiler tarafından limitlenmiştir. yani 300 kelvinden daha düşük bir sıcaklıkta olamaz. Bu nedenle ısı motorlarının verimini arttırmaya yönelik çalışmalar genelde bu limiti esnetebilmek veya ortadan kaldırabilmek üzerine yapılmaktadır.
En çok kuramsal ısı motor verimi (hiçbir motor bu verime ulaşamamaktadır) sıcak ve soğuk kısmın sıcaklık farklarının sıcak kısmın sıcaklığına bölümü ile bulundan değerdir (sıcaklık değerleri kelvin cinsinden olmalıdır)
Güç
Isı motorları spesifik güçleri tarafından karakterize edilirler. Bu litre başına verilen Kw(beygir gücü olarak da geçebilir) güçlerine göre ayrım anlamına gelir. Ancak bu ayrım benzin kullanım verimiyle karıştırılmamalıdır. Modern yüksek performanslı bir araba 1 litre benzinden 75 kW güç elde edebilir.
Isı Motoru Örnekleri
Faz değişim döngüleri
Bu sistemlerde genellikle sıvı ve gaz kullanılır. Motor kullanılan sıvıyı gaza, kullanılan gazı sıvıya dönüştürür. bunların kisini de yapabilir.
Rankine döngüsü
İyileştirici döngü (regenerative cycle)
Organik rankine döngüsü
Buhardan sıvıya döngü
Sıvıdan katıya döngü
Katıdan gaza döngü
Gibi türevleri vardır.
Sadece gaz içeren döngüler
Carnot döngüsü
Ericsson döngüsü
Stirling döngüsü
İçten yanmalı motorlar
Otto döngüsü (benzin/petrol motorları9
Dizel döngüsü
Atkinson döngüsü
Joule döngüsü
Lenoir döngüsü
Miller döngüsü
Sadece sıvı içeren döngüler
Malone motoru
Rejeneratif ısı döngüsü (Heat Regenerative Cyclone)
Elektron döngüleri
Johnson termoelektrik enerji dönüştürücüsü
Termoelektrik (Peltier-Seebeck etkisi)
Termoiyonik emisyon
Termotünel soğutma
Manyetik döngüler
Termo-manyetik motor (Nikola Tesla)
Soğutma amaçlı kullanılan döngüler (buzdolapları vs)
Buhar sıkıştırmalı soğutma
Stirling dondurucuları (stirling cryocoolers)
Gaz soğurmalı soğutma
Hava döngüsü makinesi
Vuilleumier soğutma
Manyetik soğutma
Verim
Isı motorlarında verim giren enerjiye göre ne kadar çıkarn enerji elde edildiğiyle hesaplanır
Burada;
Motor tarafından yapılan işin miktarıdır. Eksi olmasının sebebi motorun iş yapmasıdır.
yüksek sıcaklıktaki sistemden alınan ısı enerjisidir
düşük sıcaklıktaki sisteme verilern ısı enerjisidir.
Genel olarak ısı aktarım süreçlerinde (motor soğutucu veya ısı pompası olması önemli değil) verim "ne verdin? " "ne aldın?" oranıdır.
en çok verim için ise;
Burada;
ısı kaynağının kelvin cinsinden kesin sıcaklığı de ısının aktarıldığı "küvetin" (sink) kelvin cinsinden kesin sıcaklığıdır.
Verim için bir örnek vermemiz gerkirse
Bu tablolarda Carnot döngüsündeki verim farklılıkları gösterilmiştir. 1. grafikte eklenen ısı enerjisi ile verimdeki artışı göstermektedir. 2. grafikte ise ısı ret sıcaklığındaki bir artış ile verimin nasıl değiştiği gösterilmektedir.
Motor
Termodinamik
Enerji dönüşümü