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Motore a combustione interna e motore a combustione esterna: qual è la differenza tra questi due motori?
Nel mondo dell'ingegneria energetica, i motori a combustione interna e i motori a combustione esterna occupano una posizione fondamentale. Esistono differenze significative nei principi, nelle strutture e negli scenari applicativi di questi due motori, che influiscono sulla loro efficienza e funzionamento. Comprendere queste differenze è di grande importanza per lo sviluppo delle future tecnologie energetiche e la formulazione di politiche di protezione ambientale.
La chiave dell'efficienza del motore è il rapporto tra lavoro disponibile e calore assorbito.
Motore a combustione interna: lo sfidante dell'alta efficienza
I motori a combustione interna, come suggerisce il nome, sono motori che bruciano internamente. Si divide principalmente in motori a benzina e motori diesel. I motori a benzina utilizzano solitamente il ciclo Otto, mentre i motori diesel si affidano al ciclo diesel per funzionare. Il funzionamento di un motore a combustione interna prevede la miscelazione del carburante con l'aria all'interno del cilindro e quindi l'accensione, provocando un'esplosione per produrre energia.
Nei motori a combustione interna, una delle sfide più grandi è come controllare efficacemente il processo di combustione e migliorare l'efficienza termica. L’efficienza termica dei motori a combustione interna è tipicamente solo tra il 20% e il 40%, il che significa che la maggior parte dell’energia del carburante viene sprecata sotto forma di calore. Molte case automobilistiche moderne investono continuamente in ricerca e sviluppo per migliorare l’efficienza del carburante e ridurre le emissioni.
L'efficienza di un motore a combustione interna è limitata da una serie di fattori, tra cui il rapporto di compressione, le perdite per attrito e le perdite di potenza.
Motore a combustione esterna: rappresentativo dell'energia tradizionale
A differenza dei motori a combustione interna, i motori a combustione esterna convertono l'energia termica in energia cinetica durante il processo di combustione. Esempi di tali motori includono motori a vapore e turbine a gas. Il funzionamento di questi motori prevede l'utilizzo di acqua o altro fluido come mezzo e il riscaldamento per azionare un pistone o una turbina, producendo così energia.
L'efficienza termica dei motori a combustione esterna è solitamente inferiore a quella dei motori a combustione interna, principalmente a causa delle perdite durante la conversione del calore tra diversi mezzi. Tuttavia, con lo sviluppo della tecnologia moderna, l’efficienza delle turbine a gas è stata migliorata e l’efficienza termica di alcune nuove turbine a gas può raggiungere il 46% o addirittura il 61%.
Confronto dell'efficienza tra i due
Sia i motori a combustione interna che i motori a combustione esterna presentano vantaggi e svantaggi e le differenze di efficienza derivano principalmente dai principi di funzionamento e dai processi di conversione del calore. In generale, i motori a combustione interna sono più efficienti a carichi e velocità elevati, ma la loro efficienza diminuisce significativamente a velocità e carichi bassi. Tuttavia, i motori a combustione esterna funzionano con un’efficienza relativamente stabile ad alta pressione e temperatura, ma possono comunque subire perdite di efficienza in determinate circostanze.
La fornitura tempestiva di carburante e il controllo preciso della combustione sono la chiave per migliorare l'efficienza del motore.
Conclusione: affrontare le sfide future
Con la crescente consapevolezza globale della riduzione delle emissioni di carbonio e della protezione dell'ambiente, le innovazioni tecnologiche nei motori a combustione interna e nei motori a combustione esterna sono diventate sempre più importanti. L'emergere di varie nuove tecnologie, come i sistemi di alimentazione ibridi e l'uso di carburanti alternativi, ha anche dato al mercato una nuova visione delle direzioni di applicazione di questi due motori. Considerando la situazione tecnica complessiva, quale motore dominerà lo sviluppo futuro del sistema di alimentazione?
