La eficiencia térmica, la relación entre la salida de trabajo mecánico para la entrada de energía térmica, es un factor crucial para optimizar motores como motores de combustión interna (ICE) y turbinas de gas. Aquí hay algunas estrategias para aumentar la eficiencia térmica:
1. Mejora de la combustión:
* relaciones de compresión más altas: El aumento de la relación de compresión en ICE aumenta la temperatura y la presión de los gases de combustión, lo que lleva a una mayor eficiencia térmica. Esto está limitado por factores como el golpe (ignición prematura) y las tensiones mecánicas.
* Mezclas de aire de aire más delgados: Correr mezclas más delgadas (más aire, menos combustible) aumenta la eficiencia al reducir el consumo de combustible, pero también puede provocar temperaturas de combustión más altas y daños potenciales.
* Sistemas de combustión avanzados: Las tecnologías como la inyección directa, la carga estratificada y el tiempo de la válvula variable mejoran el control de la combustión y la eficiencia de combustible.
* Propiedades de combustible optimizadas: La eficiencia del motor se puede mejorar utilizando combustibles con números de cetano más altos (motores diesel) o números de octano (gasolina) que se queman más por completo.
2. Reducción de la pérdida de calor:
* Aislamiento mejorado: Los componentes aislantes del motor, como la cabeza del cilindro y el colector de escape, reduce la pérdida de calor al entorno circundante.
* Recirculación de gases de escape (EGR): La introducción de una porción de gases de escape en la cámara de combustión reduce la temperatura máxima de combustión, reduciendo la pérdida de calor y las emisiones.
* Sistemas de enfriamiento avanzados: Los sistemas de enfriamiento eficientes pueden eliminar el exceso de calor del motor mientras minimizan la energía utilizada para el enfriamiento.
3. Mejora de la recuperación de energía:
* TurboCarging: El uso de turbocompresores para presurizar el aire de admisión aumenta la potencia de salida y la eficiencia mediante el uso de energía de gases de escape.
* Recuperación de calor de residuos: Capturar el calor de los gases de escape para otros fines, como alimentar un generador eléctrico o sistemas de calefacción, puede mejorar la eficiencia general.
* Sistemas híbridos: La integración de motores eléctricos con ICE permite el frenado regenerativo, capturando la energía cinética durante la desaceleración y almacenarlo para su uso posterior.
4. Diseños de motor avanzados:
* Motores de alta eficiencia: Los motores modernos incorporan características como elevación de válvulas variables, tiempo de válvula optimizado y componentes de baja fricción para mejorar la eficiencia.
* Diseño de turbina de gas: Los diseños avanzados de turbinas de gas utilizan compresión y expansión de varias etapas, materiales avanzados y sistemas de combustión optimizados para una mayor eficiencia térmica.
* Desarrollos de motor de combustión interna: Los investigadores están explorando nuevos conceptos de motor como el motor de pistón libre y el motor de detonación de pulsos, que prometen eficiencias más altas.
5. Combustibles alternativos:
* biocombustibles: Los biocombustibles como el etanol y el biodiesel pueden proporcionar una fuente de energía renovable con posibles ventajas de eficiencia sobre los combustibles tradicionales.
* Combustibles de hidrógeno: Las celdas de combustible de hidrógeno ofrecen alta eficiencia térmica, aunque la infraestructura y el costo actuales siguen siendo desafíos.
Dispositivos para mejorar la eficiencia:
* turbocompresores: Mejore la eficiencia del combustible utilizando la energía de los gases de escape para presurizar el aire de admisión.
* Sistemas de recuperación de calor de residuos: Capture el calor de los gases de escape para otros fines, reduciendo la pérdida general de energía.
* Unidades de control electrónico (ECU): Optimice el rendimiento del motor ajustando los parámetros como la relación de aire-combustible, el sincronización de encendido y la sincronización de la válvula.
nota: La estrategia ideal para aumentar la eficiencia térmica depende del tipo de motor específico, la aplicación y los resultados deseados. A menudo implica una combinación de múltiples enfoques.
