¿Qué pasaría si hubiera un motor térmico que proporcionara un 90% de eficiencia?

Answer 1

Bueno, si pudieras lograr tener una temperatura del lado alto de 3000ºK y un sumidero de temperatura ambiente (300ºK), tendrías un 90% de eficiencia energética de Carnot (lo cual es teórico en lugar de práctico, pero es una estimación de límite inferior en el mejor de los casos). temperatura requerida).

Cualquier motor térmico no ideal tendría que superar esta temperatura para lograr lo mismo. Las temperaturas requeridas aumentan hiperbólicamente con una eficiencia cercana al 100%.

Lo que señala la verdadera razón por la cual las eficiencias ultra altas generalmente no son posibles o no se ven: los materiales disponibles para fabricar el motor térmico (que debe provenir de la tabla periódica de elementos) no cooperarán para permitir las altas temperaturas laterales.

Tome tungsteno, que tiene el punto de fusión más alto de cualquier metal, que se funde a 3695ºK. Sufre una pérdida significativa de resistencia y un cambio en la fragilidad a temperaturas tan bajas como 1000ºK (se producen cambios de fase y los granos se reducen a esa temperatura), lo que ya lo haría inadecuado a 3000ºK. Aunque no se derrite, las propiedades físicas ya están degradadas.

Entonces, si no es metal, tal vez una cerámica como el diamante. Pero el diamante debe mantenerse en una atmósfera inerte a más de 1000ºK pero solo a 2000ºK, donde se descompone a presiones atmosféricas normales. Puede manejar temperaturas de hasta 3000ºK pero solo a presiones de más de 20 GPa. Una atmósfera es 0.0001 GPa o 20 GPa = 20,000 Atm.

Este es un patrón general.

Por lo tanto, puede preguntar cómo sería, pero es una pregunta un poco fantasiosa porque puede requerir un pensamiento mágico, física o tecnologías para hacerse realidad.

Answer 2

¡Los científicos de materiales se alegrarían!

La máxima eficiencia para cualquier motor es 1-Tc / Th. Como estamos hablando de una eficiencia del 90%, 0.9 = 1-Tc / Th. Th = 10Tc.

Si el motor funciona a temperatura ambiente (65F o 291K), esto significa que llega a 2910K. Eso es 4800F.

El acero se derrite alrededor de 2500F.

Hasta ahora, las temperaturas tan altas son un problema difícil incluso para las computadoras del futuro, como Skynet. El Terminator T-101 se derrite a una temperatura algo más baja.

Answer 3

Ningún motor térmico que funcione entre cualquier temperatura de la fuente de calor, TH, y cualquier temperatura del disipador térmico, TL, puede tener una eficiencia temática, Eth, mayor que la de un motor térmico de Carnot que opera entre el TH y el TL.

Carnot Eth = (TH – TL) / (TH)

donde la temperatura está en K o en R. Alcanzar tal eficiencia requeriría materiales muy especiales capaces de soportar las temperaturas extremadamente altas necesarias.

El TH necesario para un TL determinado y un Eth dado viene dado por:

necesario TH = (TL) / (1 – Eth).

El TL necesario para un TH y un Eth determinados viene dado por:

TL necesario = (1 – Eth) (TH)

Por supuesto, los motores de calor reales son menos eficientes que el motor de calor Carnot.