Siltuma dzinēji un to radītais piesārņojums
Siltuma dzinēji iedalās sīkāk – siltuma mašīnas, dzesēšanas iekārtas un siltuma sūkņi. Visas šīs iekārtas apvieno viena kopīga īpašība, kad šajās iekārtās vielas iekšējā enerģija tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā.
Šīs enerģijas rezerves zemes garozā un okeānos ir praktiski neizsmeļamas, un izmantojot siltuma dzinējus, šo enerģiju ir iespējams pārvērst mehāniskajā enerģijā. Tātad, var izdarīt secinājumu, ka atšķirībā no naftas produktiem un daudziem citiem derīgajiem izrakteņiem, kas tuvākajā laikā varētu tikt izsmelti, šī nozare ir daudz perspektīvāka, jo nodrošina neizsmeļamus resursus, līdz ar to, nākotnē šajā nozarē noteikti gaidāma vēl lielāka un straujāka izaugsme. Siltuma dzinējos enerģiju, kas izdalās sadegot kurināmajam saņem gāze vai tvaiks, kurš šajā gadījumā tiek dēvēts par siltuma dzinēja darba vielu. Tālāk darba viela izplešas, pārvietojot vizuli vai citus mehānismus. Tātad šajā gadījumā, tiek veikts darbs, un pie siltuma dzinējiem darba ķermeņa sākuma temperatūru apzīmē ar T1 – ko sauc par sildītāja temperatūru. Tvaika turbīnās un tvaika mašīnās šī temperatūra tiek sasniegta tvaika katlā, bet iekšdedzes dzinējos tā tiek sasniegta kurināmajam sadegot tieši pašā dzinējā. Var izdarīt secinājumu, ka, lai dzinējs varētu darboties, tam ir nepieciešamas trīs sastāvdaļas, darba viela (gāze vai tvaiks), sildītājs (enerģijas avots, no kura darba viela saņem siltuma daudzumu Q1) un dzesētājs (parasti apkārtējā vide, kurai darba viela atdod siltuma daudzumu Q2). Bez tam, ir pieminams arī tāds fakts, ka, ja netiek ievērota berze starp dzinēja daļām, kā arī siltumapmaiņu, siltumvadīšanas un siltumstarošanas dēļ, tad darba procesā mehāniskajā enerģijā, tiek pārvēsta enerģija Q1 – Q2. No tā seko, kad A = Q1 – Q2. Tātad, lai dzinējs pastrādātu darbu dzinēja vizuļu vai turbīnas lāpstiņu abās pusēs, jāpastāv spiedienu starpībai. Siltuma dzinēju lietderības koeficents ir arī atkarīgs no sildītāja un dzesētāja temperatūru samērīguma. No šā visa ir izdarāmi secinājumi, ka lietderības koeficents var sasniegt maksimālo vērtību, ja siltuma dzinējā tiek novērsti siltuma zudumi, berzes, siltumvadīšanas un siltumstarošanas dēļ, ja darba viela ir ideāla gāze, un ja siltuma dzinēja darbības cikls ietver izotermisku un adiabātisku ideālās gāzes izplešanos un saraušanos. Un no tā visa varam secināt, ka, jo vairāk siltuma dzinēja lietderības koeficents tuvojas maksimālai vērtībai, jo siltuma dzinējs ir ekonomiskās. Savukārt, no lietderības koeficenta maksimālās vērtības izteiksmes redzams, ka lietderības koeficentu var palielināt – pirmkārt, novēršot siltuma zudumus, otrkārt, paaugstinot sildītāja temperatūru T1, treškārt, pazeminot dzesētāja temperatūru T2 ,un, ceturtkārt, realizējot ar darba vielu tādus procesus, kuros iegūst lielāku mehānisko enerģiju.
Siltuma dzinēju ekoloģiskās problēmas. Kā jau zinām šī nozare ir ļoti perspektīva nākotne, kā arī mūsdienās tā jau ir ļoti attīstīta un tā ir otrajā vietā atmosfēras piesārņojuma ziņā, tātad tā nav videi draudzīga nozare. Galvenokārt, siltuma dzinēji par dzesētāju izmanto atmosfēru, kurā pēc darba veikšanas nonāk izplūdes gāzes. Šīs gāzes rodas degšanas procesā, augsta spiediena un temperatūras apstākļos, tādejādi veidojot savienojumus, no kuriem liela daļa ir toksiski savienojumi. Līdz ar to, rodas siltumnīcas efekts un daudzviet ozona slāņa caurumi, kuru veidošanos izraisa saldējamās iekārtas, kurās bieži vien tiek izmantots freons, un šīm iekārtām nolietojoties freons izplūst atmosfērā. Bez tam lielākā daļa siltuma tiek ražots termoelektrostacijās, kur izmanto tvaika turbīnas. Un tvaika ražošanā tiek sadedzinātas organiskās vielas, kuru sadegšanas procesā atmosfērā nonāk oglekļa dioksīds CO2.
Lai samazinātu atmosfēras piesārņotību, ko izraisa siltuma mašīnas tiek veikti vairāki pasākumi. Pirmkārt, tiek ieviestas dažādas alternatīvas, kas ir mazāk kaitīgas dabai, un spēj aizstāt siltuma dzinējus. Otrkārt, transporta kustību pilsētās regulē tā, lai galvenajās maģistrālēs nerastos liela izplūdes gāzu koncentrācija. Treškārt, cenšas samazināt degvielas toksiskumu, un izmanto tādus dzinējus, kas atmosfēru tik pat kā nepiesārņo, piemēram, ūdeņraža dzinējus. Ceturtkārt, seko līdzi dzinēju tehniskajam stāvoklim, piektkārt, pēta elektroenerģijas ražošanas alternatīvos variantus, lai patērētu mazāk organiskā kurināmā utt.