Kreisprozesse der Kraft- und Arbeitsmaschinen

Als einziges Lebewesen auf unserer Erde kann der Mensch nur überleben, wenn er Eingriffe
in die Natur vornimmt. Zur Gewinnung von Rohstoffen muss er dabei tief in die Erdoberfläche
dringen, aber auch auf der Oberfläche müssen Baumbestände herhalten. Irgendwann wird
der Mensch an Grenzen stoßen, was ihm aus technischer und finanzieller Hinsicht ein Umdenken
abverlangt. Die stete Bevölkerungszunahme auf der Erde erfordert immer mehr Nahrungsmittel
und Arbeit für jeden. Deshalb muss es auch in zunehmendem Maße leistungsfähige
und zuverlässige technische Geräte und Transportmittel geben.
So benötigt man für den Betrieb von Maschinen und Fahrzeugen Treibstoffe, damit diese zum
„Laufen“ gebracht werden. Ferner sind bestimmte Schmiermittel zur Überwindung von Reibungskräften
erforderlich. Alle diese Stoffe müssen aus den in der Natur vorhandenen Primärenergien
über bestimmte Prozesse unter Energieaufwand hergestellt werden. Obwohl seit einigen
Jahren versucht wird, von umweltschädigenden Stoffen loszukommen, sind sie derzeit
immer noch für die Erhaltung unseres Wohlstandes unerlässlich. Es bleibt offen, ob allein
Sonne, Wind und Biomasse alle Probleme lösen können. Wasserstoff ist ein Hoffnungsträger.
In Zukunft wird mehr elektrischer Strom gebraucht, der auch erzeugt werden muss.
In den folgenden Ausführungen geht es um Kreisprozesse von Kraft- und Arbeitsmaschinen.
Erstere sind Einzelanlagen, die z. B. thermische, elektrische und chemische Energie in mechanische
Arbeit umwandeln. Letztere sind mechanisch angetriebene Maschinen, die Arbeit
leisten z. B. zum Verdichten, zur Wärme- und Kälteerzeugung, für Pumpen und Gebläse.
Die Kraftmaschinen werden eingeteilt in Prozesse ohne Kondensation des Arbeitsstoffes,
wie der Stirling- und der Joule-Prozess, sowie Prozesse mit Kondensation des Arbeitsstoffes
dem Clausius-Rankine-Prozess. Ferner gibt es Prozesse mit Verbrennung des Arbeitsstoffes,
dies sind Kolben- und Strömungsmaschinen. Zu ersteren gehören der Otto-und Diesel-
Motor, zu letzteren die Gasturbinen sowie die Luftstrahl- und Raketentriebwerke. Bei den
Arbeitsmaschinen gibt es auch Prozesse ohne und mit Kondensation des Arbeitsstoffes,
wobei erstere Kompressoren, letztere Wärmepumpen und Kältemaschinen darstellen.
Zum Verständnis hierfür sind allgemeine Begriffe erforderlich wie der I. und II. Hauptsatz der
Thermodynamik, Innere Energie, Enthalpie, Entropie, Carnot-Prozess, Wirkungsgrade, sowie
Exergie und Anergie.