מנוע בעירה חיצונית – תכנון ופיתוח מנועי בעירה חיצונית

מנוע בעירה חיצונית הוא סוג של מנוע חום שבו תהליך הבעירה מתרחש מחוץ למנוע עצמו.
מנועים אלו היו בשימוש נרחב במהלך המהפכה התעשייתית והם עדיין מהווים חלק חשוב בתעשיות מסוימות.
במאמר זה נבחן את התכנון והפיתוח של מנועי בעירה חיצונית, נעמיק בהיסטוריה שלהם, נבחן את היתרונות והחסרונות, ונציג דוגמאות לשימושים מודרניים.

היסטוריה של מנועי בעירה חיצונית

מנועי בעירה חיצונית היו בין המנועים הראשונים שפותחו לשימוש תעשייתי.
המנוע הראשון מסוג זה היה מנוע הקיטור, שהומצא על ידי תומאס ניוקומן במאה ה-18.
מנוע זה שימש בעיקר לשאיבת מים ממכרות פחם.
מאוחר יותר, ג'יימס ואט שיפר את המנוע והפך אותו ליעיל יותר, מה שהוביל לשימוש נרחב יותר בתעשייה.

במהלך המאה ה-19, מנועי בעירה חיצונית שימשו להנעת רכבות, ספינות ומפעלים.
הם היוו את הבסיס למהפכה התעשייתית והובילו לשינויים כלכליים וחברתיים משמעותיים.
עם זאת, עם פיתוח מנועי בעירה פנימית, השימוש במנועי בעירה חיצונית פחת.

עקרונות תכנון מנועי בעירה חיצונית

תכנון מנוע בעירה חיצונית כולל מספר שלבים חשובים.
השלב הראשון הוא בחירת החומר המתאים לבניית המנוע.
חומרים כמו ברזל ופלדה הם הנפוצים ביותר בשל עמידותם לחום ולחץ.

השלב הבא הוא תכנון מערכת הבעירה.
במנועי בעירה חיצונית, הבעירה מתרחשת מחוץ למנוע, ולכן יש צורך במערכת שתעביר את החום מהמקום שבו מתרחשת הבעירה אל המנוע עצמו.
זה נעשה בדרך כלל באמצעות מחליפי חום.

בנוסף, יש לתכנן את מערכת הקירור של המנוע.
מנועי בעירה חיצונית יכולים להתחמם מאוד, ולכן יש צורך במערכת קירור יעילה שתמנע התחממות יתר.

יתרונות וחסרונות של מנועי בעירה חיצונית

למנועי בעירה חיצונית יש מספר יתרונות בולטים:

• יעילות גבוהה: מנועי בעירה חיצונית יכולים להיות יעילים מאוד, במיוחד כאשר משתמשים בהם בתנאים אופטימליים.
• גמישות בשימוש בדלקים: ניתן להשתמש במגוון רחב של דלקים, כולל דלקים מוצקים, נוזליים וגזיים.
• פחות זיהום: מכיוון שהבעירה מתרחשת מחוץ למנוע, ניתן לשלוט טוב יותר על תהליך הבעירה ולצמצם את הפליטות המזיקות.

עם זאת, ישנם גם חסרונות:

• גודל ומשקל: מנועי בעירה חיצונית נוטים להיות גדולים וכבדים יותר ממנועי בעירה פנימית.
• תגובה איטית: מנועי בעירה חיצונית מגיבים לאט יותר לשינויים בעומס ובמהירות.
• עלות: עלות הייצור והתחזוקה של מנועי בעירה חיצונית יכולה להיות גבוהה.

שימושים מודרניים במנועי בעירה חיצונית

למרות שמנועי בעירה פנימית הפכו לנפוצים יותר, ישנם עדיין שימושים רבים למנועי בעירה חיצונית.
אחד השימושים הבולטים הוא בתחנות כוח תרמיות, שבהן משתמשים במנועי קיטור להפקת חשמל.
בנוסף, מנועי בעירה חיצונית משמשים גם בתעשיות כבדות, כמו תעשיית הפלדה והכימיה.

דוגמה נוספת לשימוש מודרני במנועי בעירה חיצונית היא בתחום החלל.
מנועי סטירלינג, שהם סוג של מנוע בעירה חיצונית, משמשים במערכות להפקת חשמל בחלליות.
מנועים אלו יכולים לפעול בתנאים קיצוניים ולהפיק חשמל בצורה יעילה.

מקרי מבחן וסטטיסטיקות

מחקר שנערך על ידי אוניברסיטת MIT מצא כי מנועי סטירלינג יכולים להיות יעילים ב-30% יותר ממנועי בעירה פנימית בתנאים מסוימים.
בנוסף, מחקר נוסף מצא כי תחנות כוח המשתמשות במנועי קיטור יכולות להפיק עד 40% יותר חשמל מאשר תחנות כוח המשתמשות במנועי בעירה פנימית.

מקרה מבחן נוסף הוא חברת "סולאריס", שפיתחה מערכת להפקת חשמל סולארי המשתמשת במנועי סטירלינג.
המערכת הוכחה כיעילה במיוחד באזורים עם קרינת שמש גבוהה.

מחפש מנוע בעירה חיצונית – תכנון ופיתוח מנועי בעירה חיצונית? פנה עכשיו וקבל הצעה אטרקטיבית.