Почему паровые машины обладают невысоким кпд?

В паровых системах происходит превращение тепловой энергии в механическую через повышение давления в резервуаре нагреванием жидкости.

1. Химическая реакция в результате которой выделяется тепло. В идеале оно не должно рассеиваться, а быть сфокусировано в одном нужном направлении.
2. Передача тепла резервуару с жидкостью. Когда получи достаточное количество тепловой энергии жидкость начнёт переходить в агрегатное состояние, в пар. При увеличении нагревания количество пара увеличивается , растёт давление. Когда давление станет способно вытолкнуть поршень, можно сказать что тепловая энергия была преобразована в механическую.
3. Чтобы поршень вернулся в стартовое положение, необходимо нормализовать давление в резервуаре либо путём охлаждения, либо выбросом лишнего вещества (спустить пар) из резервуара. Далее нужно подождать пока снова не образуется нужное количество пара, необходимое для создания давления,необходимого для выталкивания поршня. При этом необходимо следить чтобы количество жидкости не уменьшалось (доливать).

Низкий КПД связан как большими теплопотерями на всех этих шагах, так и с физическими особенностями самого процесса. Большие теплопотери происходят из-за того что, что чем выше температура образования пара - тем быстрее тепло передаётся в окружающую среду через материалы стенок сосуда, которые никогда не смогут идеально удерживать тепло и обеспечивать прочность, необходимую для создания нужного давления внутри. В реальных условиях для нагревание равных промежутков (напр. от комнатной температуры до 60 С, и от 60С до температуры испарения) потребуется разное количество энергии. А при обратном ходе поршня лишняя энергия в виде пара вообще неэкономично выпускается во внешню среду.