Por que as formas elétricas de aquecimento não são usadas em motores de combustão interna?

Como todo o trabalho de um motor de combustão interna (ICE) é transformar calor em energia mecânica, por que os métodos de aquecimento elétrico não são mais populares? Eu sei que deve haver uma razão. Eu não estou falando de carros elétricos ou qualquer coisa, mas usando eletricidade para aquecer e fazer o trabalho.

Porque não seria muito eficiente.

A principal vantagem dos motores de combustão interna é que a densidade de energia de seus combustíveis (gasolina, diesel) é muito boa. Você pode percorrer um longo caminho em um tanque relativamente pequeno e leve. A desvantagem deles é que eles não são muito eficientes. A maior parte da energia no combustível é perdida para a fricção e calor, e apenas uma porção muito pequena (& lt; 35%) transforma-se em movimento mecânico.

Veículos elétricos são ótimos porque são incrivelmente eficientes. O combustível que eles usam (baterias) não é tão compacto e leve como a gasolina ou o diesel para a quantidade de energia que eles armazenam, mas um motor elétrico pode transformar 90% dessa energia em movimento mecânico.

Usar eletricidade para aquecer o ar e operar um motor baseado na mudança de pressão seria combinar os piores aspectos de ambos os sistemas.

Embora outras respostas forneçam boas respostas relacionadas a perdas de energia, há uma coisa adicional a ser considerada.

Como você planeja aquecer o ar em um minúsculo cilindro a muitos quilowatts? Isso é necessário, porque um motor típico de quatro cilindros produz 100 quilowatts de potência, e a eficiência é provavelmente em torno de 33% na melhor das hipóteses (assumindo aqui um mecanismo que não seja Atkinson). Então, você precisa de 300 quilowatts de aquecimento elétrico, dos quais uma parte do cilindro é de 75 quilowatts.

Pior, você precisa aquecer o ar em um momento específico (entre o curso de compressão e o curso de expansão). Para melhor eficiência, o aquecimento deve ser um período muito momentâneo entre esses dois cursos, mas vamos supor agora que todo o curso de expansão pode ser usado para aquecer o ar. Um dos quatro traços significa que o poder momentâneo precisa ser de 4 (número de traços) vezes 75 quilowatts ou 300 quilowatts. Por cilindro!

Você já viu elementos de aquecimento elétrico de 300 quilowatts? Se você tem, você provavelmente percebe que não há maneira de colocar esse elemento de aquecimento dentro de um cilindro de 86 mm de curso x 86 mm em um motor de 2 litros. Ele precisaria caber em um espaço muito menor, porque se a taxa de compressão for 10, apenas cerca de 8,6 mm estará disponível na direção vertical.

Até o meu aquecedor elétrico de 1900W que uso durante o frio inverno finlandês é muito maior que 86 mm x 8,6 mm. E isso é apenas 1,9 kilowatts, muito menos do que 300 kilowatts.

Note que ter o aquecedor externamente, isto é, aquecer o ar antes que este passe para o motor, não é possível. Neste caso, a pressão do ar também aumentaria no curso de compressão, contrariando o aumento de pressão do curso de expansão. Você realmente precisa que o ar esteja frio durante o curso de compressão e quente durante o curso de expansão. Portanto, o elemento de aquecimento realmente precisa ser interno ao motor.

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Motores de combustão interna não podes Transforme todo o calor em trabalho mecânico. E se houver fonte de calor, por que não usá-lo para aquecimento?

Todos os ciclos térmicos, por exemplo Ciclo de carnot (Ideal, o mais eficaz), Ciclo Otto (motor a gasolina idealizado), Ciclo Diesel (motor diesel idealizado), Ciclo Clausius-Rankine (turbina a vapor ideal), dissipa parte do calor por definição. Os motores reais transformam ainda menos energia em trabalho mecânico e mais energia para o calor.

Parte da energia mecânica é consumida pelo alternador para carregar a bateria, alimentar as velas, a ECU e outros sistemas. O resto é usado para o movimento real.

Se usarmos apenas aquecedores elec- tricos, despejaremos todo o calor do motor e usaremos parte do trabalho mecânico para aquecer o carro. É um lixo duplo. Se usarmos o aquecimento do ar, teremos o uso de parte da energia desperdiçada do motor.

Como exemplo, compare o consumo de combustível e a experiência de condução da Skoda Fabia 1.2 HTP (honem a prodej [vendê-lo o mais rápido possível]) com estéreo, AC e aquecedores de assento. Quando todos os sistemas estão ligados, o consumo é significativamente maior e a aceleração é significativamente pior - tudo porque mais energia é direcionada ao alternador e não às rodas. Desligar AC é uma tática comumente utilizada na tentativa de ultrapassar esses carros.

Aquecimento independente elétrico e aquecedores de assento elétricos são usados ​​como extra opcional para maior conforto. Demora menos de um minuto para aquecê-los, independentemente da temperatura ambiente; por outro lado, o aquecimento do motor leva de minutos a dezenas de minutos em relação à temperatura ambiente.

Nota lateral, se o seu motor estiver superaquecendo, recomenda-se ligar totalmente o aquecimento - ele redirecionará parte do calor do radiador com falha / sobrecarregado para a cabine.

O objetivo de um ICE é converter energia química em movimento. Ele faz isso acendendo combustível para não gerar calor per se, mas para causar rápida expansão de partículas no cilindro, o que, por sua vez, cria pressão e, portanto, aplica força no pistão. O calor é um dos vários fatores que entram em ação nessa expansão. No entanto, vários outros fatores entram em jogo nas reações químicas envolvidas na combustão. Estes não podem ser simulados simplesmente aquecendo rapidamente o ar com calor elétrico. A conversão de energia química em calor também é muito mais fácil de se fazer eficientemente que converte eletricidade em calor.

Mas usamos sistemas elétricos para criar calor em motores de combustão interna. Eles são chamados de aquecedores Block.

Como a maioria dos comentários e postagens apontam, não é o calor que é convertido em energia mecânica, é a força do combustível inflamado (a combustão) através dos pistões. O calor é principalmente energia desperdiçada, que é absorvida e transferida pelo refrigerante.

No entanto, a temperaturas extremas, o óleo torna-se mais viscoso, exigindo mais energia para se mover. Isso pode levar a danos no motor ao tentar resfriado ou incapacidade de executar o sistema. Os aquecedores de blocos foram projetados para manter certas partes do motor mais próximas de sua temperatura de funcionamento ideal, a fim de facilitar o arranque.

Então, enquanto nós não precisamos de eletricidade para criar calor extra em um motor já em funcionamento, nós o usamos para manter as coisas aquecidas quando estão desligadas.

Eu não sei o que você quer dizer com aquecer e fazer o trabalho, mas o Lancia Delta pré-86 caracterizado aquecimento da cabine elétrica é isso que você está se referindo?

Se você pretende aquecer o ar introduzido no motor, isso é uma má idéia, porque o ar frio tem a maior densidade e, portanto, o oxigênio mais disponível para a combustão.

Primeira pergunta - de onde você tira a eletricidade? A eletricidade que usamos vem de outras fontes hidrelétricas, geotérmicas, etc. Combinadas com perdas de conversão, significa que o uso de outros combustíveis que são diretamente disponíveis, etc., para fornecer calor, tem sido eficaz. Agora, com o aquecimento global, estamos nos afastando para as energias renováveis ​​...

Calor é uma forma de energia, mas comparada à eletricidade, é mais preguiçosa. É difícil conseguir trabalho com isso. Então, se você tivesse uma fonte de eletricidade, seria muito melhor usá-la em um motor elétrico, com 99% de eficiência, do que usá-la para aquecer alguma coisa e extrair o calor do trabalho com talvez 30% de eficiência em um dia realmente bom. .

E eu nem mencionei a constante de Boltzmann!