Qu'est-ce qu'un moteur thermique?

Un moteur thermique est un dispositif utilisé pour convertir l’énergie thermique, ou chaleur, en travail mécanique. Ceci est fait lorsque la chaleur, provenant d'une source chaude, passe à travers le moteur et passe dans un puits froid. Le puits froid est la partie la plus basse température d'un cycle thermodynamique, telle que l'unité de condensation trouvée dans le cycle de Rankine ou vapeur. Il existe de nombreux types de moteurs thermiques, chacun ayant son propre cycle. Parmi les moteurs thermiques, citons les moteurs à vapeur et à combustion interne, ainsi que les moteurs Stirling et les turbines à gaz.

Généralement, un moteur thermique sera confondu avec le cycle thermodynamique se déroulant dans le moteur lui-même. Cela est principalement dû au fait que les moteurs thermiques sont souvent classés en fonction de leurs cycles thermodynamiques spécifiques. Le dispositif lui-même qui convertit l’énergie thermique en travail est appelé "moteur", tandis que le modèle thermodynamique appliqué au moteur est le "cycle". Pour cette raison, les moteurs à vapeur ne sont pas appelés moteurs Rankine.

Un moteur thermique efficace essaiera de reproduire au mieux son cycle respectif. Plus la différence de température entre la source chaude et le puits froid dans le cycle est élevée, plus le moteur est efficace. Par exemple, un moteur à vapeur efficace nécessite à la fois une source de chaleur à haute température et un dissipateur de froid à basse température. Dans le cycle de Rankine, une chaudière utilise un brûleur à haute température pour convertir l’eau en vapeur. Cette vapeur traverse le moteur et est ensuite condensée dans l'eau à travers un condenseur à basse température.

Plus le condenseur est froid, plus la vapeur sera condensée dans l'eau. En effet, les condenseurs sont conçus pour inverser efficacement le processus de saturation effectué par la chaudière. Cela aidera à atteindre des taux de condensation plus élevés. plus le taux est élevé, plus d'eau sera retournée. Cela contribue à augmenter l'efficacité globale du cycle de vapeur.

Bien que l'efficacité du moteur thermique puisse être hautement optimisée grâce à une grande différence de température entre la source chaude et le dissipateur d'eau froide, elle reste limitée. En effet, la température du puits froid dépend de la température ambiante qui, dans certaines situations, ne peut pas être refroidie dans des conditions idéales. De ce fait, l'efficacité d'un moteur thermique est limitée aux limites de température du dissipateur froid. Une solution courante consiste à augmenter la température de la source chaude. Cependant, même ceci est limité à un manque de résistance du matériau à des températures élevées.

L'efficacité du moteur thermique varie en fonction du moteur et du cycle. L'efficacité thermique varie de 3% à environ 70%, les moteurs des voitures atteignant une efficacité thermique d'environ 25%. Les moteurs thermiques les plus efficaces se trouvent dans les grandes centrales électriques, où des turbines à gaz et à vapeur sont utilisées pour produire de l'électricité.

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