Menemukan efisiensi. Topik efisiensi dan efisiensi bahan bakar

Definisi [ | ]

Efisiensi

Secara matematis penentuan efisiensi dapat ditulis sebagai:

η = A Q , (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q)),)

Di mana A- kerja bermanfaat (energi), dan Q- energi yang dikeluarkan.

Jika efisiensi dinyatakan dalam persentase, maka dihitung dengan rumus:

η = A Q × 100% (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\times 100\%) ε X = Q X / A (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),

Di mana Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- panas yang diambil dari ujung dingin (dalam mesin pendingin, kapasitas pendinginan); A (\gaya tampilan A)

Istilah yang digunakan untuk pompa kalor adalah rasio transformasi

ε Γ = Q Γ / A (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=Q_(\Gamma )/A),

Di mana Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- panas kondensasi dipindahkan ke cairan pendingin; A (\gaya tampilan A)- usaha (atau listrik) yang dikeluarkan untuk proses ini.

Di dalam mobil yang sempurna Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), dari sini ke mobil ideal ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)

Efisiensi merupakan suatu ciri efisiensi pengoperasian suatu alat atau mesin. Efisiensi didefinisikan sebagai rasio energi berguna yang dihasilkan sistem dengan jumlah total energi yang disuplai ke sistem. Efisiensi adalah nilai yang tidak berdimensi dan sering kali ditentukan dalam persentase.

Formula 1 - efisiensi

Di mana- A pekerjaan yang bermanfaat

—Q total pekerjaan yang dikeluarkan

Sistem apa pun yang melakukan pekerjaan apa pun harus menerima energi dari luar, yang dengannya pekerjaan itu akan dilakukan. Ambil contoh, transformator tegangan. Tegangan listrik 220 volt disuplai ke input, dan 12 volt dialihkan dari output ke daya, misalnya lampu pijar. Jadi trafo mengubah energi pada masukan menjadi nilai yang diperlukan agar lampu akan beroperasi.

Namun tidak semua energi yang diambil dari jaringan akan sampai ke lampu, karena terdapat rugi-rugi pada trafo. Misalnya saja hilangnya energi magnet pada inti transformator. Atau hilangnya resistansi aktif belitan. Dimana energi listrik akan diubah menjadi panas tanpa sampai ke konsumen. Energi panas ini tidak berguna dalam sistem ini.

Karena rugi-rugi daya tidak dapat dihindari dalam sistem apa pun, efisiensinya selalu di bawah satu.

Efisiensi dapat dipertimbangkan untuk keseluruhan sistem, yang terdiri dari banyak bagian individual. Jadi, jika Anda menentukan efisiensi setiap bagian secara terpisah, maka efisiensi total akan sama dengan hasil kali koefisien efisiensi semua elemennya.

Kesimpulannya, kita dapat mengatakan bahwa efisiensi menentukan tingkat kesempurnaan perangkat apa pun dalam hal transmisi atau konversi energi. Ini juga menunjukkan berapa banyak energi yang disuplai ke sistem dihabiskan untuk pekerjaan yang bermanfaat.

Dengan menggunakan mekanisme ini atau itu, kita melakukan pekerjaan yang selalu melebihi apa yang diperlukan untuk mencapai tujuan. Sesuai dengan ini, perbedaan dibuat antara lengkap atau pekerjaan yang dikeluarkan A z dan pekerjaan yang bermanfaat A p. Jika, misalnya, tujuan kita adalah mengangkat beban bermassa m ke ketinggian h, maka usaha yang berguna adalah usaha yang hanya dilakukan untuk mengatasi gaya gravitasi yang bekerja pada beban tersebut. Dengan pengangkatan beban yang seragam, ketika gaya yang kita terapkan sama dengan gaya gravitasi beban, usaha ini dapat dicari sebagai berikut:

A p = F t h = mgh. (24.1)

Jika kita menggunakan balok atau mekanisme lain untuk mengangkat suatu beban, maka selain gravitasi beban tersebut, kita juga harus mengatasi gravitasi bagian-bagian mekanisme tersebut, serta gaya gesek yang bekerja pada mekanisme tersebut. Misalnya dengan menggunakan balok yang dapat digerakkan, kita akan dipaksa melakukan usaha tambahan untuk mengangkat balok itu sendiri dengan kabel dan mengatasi gaya gesek pada sumbu balok tersebut. Selain itu, meskipun kami menang dalam hal kekuatan, kami selalu kalah (ini akan dibahas lebih detail di bawah), yang juga memengaruhi pekerjaan. Semua ini mengarah pada fakta bahwa pekerjaan yang kami keluarkan ternyata lebih bermanfaat:

A z > A hal

Pekerjaan yang berguna selalu hanya sebagian kecil dari total pekerjaan yang dilakukan oleh seseorang yang menggunakan mesin.

Besaran fisis yang menunjukkan berapa bagian kerja berguna dari total kerja yang dikeluarkan disebut efisiensi mekanisme.

Singkatan dari efisiensi adalah efisiensi.

Untuk mengetahui efisiensi suatu mekanisme, perlu membagi kerja yang berguna dengan pekerjaan yang dikeluarkan selama menggunakan mekanisme tersebut.

Efisiensi sering dinyatakan dalam persentase dan dilambangkan dengan huruf Yunani η (baca “eta”):

=* 100% (24,2)

Karena pembilang A p dalam rumus ini selalu lebih kecil dari penyebut A z, efisiensinya selalu kurang dari 1 (atau 100%).

Saat merancang mekanisme, mereka berupaya meningkatkan efisiensinya. Untuk melakukan ini, kurangi gesekan pada sumbu mekanisme dan massanya. Dalam kasus di mana gesekan dapat diabaikan dan mekanisme yang digunakan mempunyai massa yang dapat diabaikan dibandingkan dengan massa beban yang diangkat, koefisien efisiensinya hanya sedikit kurang dari 1. Dalam hal ini, usaha yang dikeluarkan dapat dianggap kira-kira sama dengan pekerjaan yang bermanfaat:

A z ≈ A p (24.3)

Perlu diingat hal itu Tidak mungkin mencapai keuntungan dalam pekerjaan dengan menggunakan mekanisme sederhana.

Karena setiap usaha dalam persamaan (24.3) dapat dinyatakan sebagai hasil kali gaya yang bersesuaian dan jarak yang ditempuh, persamaan ini dapat ditulis ulang sebagai berikut:

F 1 detik 1 ≈ F 2 detik 2 (24.4)

Oleh karena itu,

menang dengan bantuan mekanisme yang berlaku, kita kalah dengan jumlah yang sama, dan sebaliknya.

Hukum ini disebut "aturan emas" mekanika. Penulisnya adalah ilmuwan Yunani kuno Heron dari Alexandria, yang hidup pada abad ke-1. N. e.

“Aturan emas” mekanika adalah hukum perkiraan, karena tidak memperhitungkan usaha mengatasi gesekan dan gravitasi dari bagian-bagian peralatan yang digunakan. Namun demikian, ini bisa sangat berguna dalam menganalisis pengoperasian mekanisme sederhana apa pun.

Jadi, misalnya, berkat aturan ini, kita dapat langsung mengatakan bahwa pekerja yang ditunjukkan pada Gambar 47, dengan penguatan ganda untuk mengangkat beban sebesar 10 cm, harus menurunkan ujung tuas yang berlawanan sebesar 20 cm. Hal yang sama juga terjadi pada kasus yang ditunjukkan pada Gambar 58. Ketika tangan orang yang memegang tali turun 20 cm, beban yang diikatkan pada balok bergerak hanya naik 10 cm.

1. Mengapa usaha yang dikeluarkan saat menggunakan mekanisme selalu lebih besar? pekerjaan yang bermanfaat? 2. Apa yang disebut efisiensi mekanisme? 3. Dapatkah efisiensi mekanisme tersebut sama dengan 1 (atau 100%)? Mengapa? 4. Bagaimana cara meningkatkan efisiensi? 5. Apa yang dimaksud dengan “ peraturan Emas» mekanika? Siapa penulisnya? 6. Berikan contoh perwujudan “aturan emas” mekanika ketika menggunakan berbagai mekanisme sederhana.

Faktor efisiensi (efisiensi) merupakan ciri kinerja sistem dalam kaitannya dengan konversi atau transfer energi, yang ditentukan oleh perbandingan energi berguna yang digunakan dengan energi total yang diterima sistem.

Efisiensi- besaran tak berdimensi, biasanya dinyatakan dalam persentase:

Faktor efisiensi (efisiensi) mesin panas ditentukan dengan rumus: , dimana A = Q1Q2. Efisiensi mesin kalor selalu kurang dari 1.

Siklus Carnot adalah proses gas melingkar reversibel, yang terdiri dari dua proses isotermal dan dua proses adiabatik yang dilakukan secara berurutan dengan fluida kerja.

Siklus melingkar, yang mencakup dua isoterm dan dua adiabat, berhubungan dengan efisiensi maksimum.

Insinyur Perancis Sadi Carnot pada tahun 1824 menurunkan rumus efisiensi maksimum mesin kalor ideal, dimana fluida kerjanya adalah gas ideal, yang siklusnya terdiri dari dua isoterm dan dua adiabat, yaitu siklus Carnot. Siklus Carnot merupakan siklus kerja nyata suatu mesin kalor yang melakukan kerja akibat panas yang disuplai ke fluida kerja dalam proses isotermal.

Rumus efisiensi siklus Carnot, yaitu efisiensi maksimum suatu mesin kalor, berbentuk: , dimana T1 adalah suhu mutlak pemanas, T2 adalah suhu mutlak lemari es.

Mesin panas- ini adalah struktur di mana energi panas diubah menjadi energi mekanik.

Mesin kalor beragam baik dalam desain maupun tujuannya. Ini termasuk mesin uap, turbin uap, mesin pembakaran internal, mesin jet.

Namun, terlepas dari keragamannya, pada prinsipnya pengoperasian mesin kalor berbeda-beda fitur umum. Komponen utama setiap mesin kalor adalah:

• pemanas;
• fluida kerja;
• kulkas.

Pemanasnya memancarkan energi termal, sambil memanaskan fluida kerja yang terletak di ruang kerja mesin. Fluida kerja dapat berupa uap atau gas.

Setelah menerima sejumlah panas, gas memuai, karena tekanannya lebih besar dari tekanan eksternal, dan menggerakkan piston, menghasilkan pekerjaan yang positif. Pada saat yang sama, tekanannya turun dan volumenya meningkat.

Jika kita memampatkan gas, melalui keadaan yang sama, tetapi dalam arah yang berlawanan, maka kita akan melakukan nilai absolut yang sama, tetapi usaha negatif. Akibatnya, seluruh usaha per siklus akan menjadi nol.

Agar kerja mesin kalor berbeda dari nol, maka kerja kompresi gas harus lebih kecil dari kerja ekspansi.

Agar kerja kompresi menjadi lebih kecil dari kerja ekspansi, maka proses kompresi harus dilakukan pada suhu yang lebih rendah, untuk itu fluida kerja harus didinginkan, itulah sebabnya lemari es dimasukkan dalam desain. dari mesin panas. Fluida kerja memindahkan panas ke lemari es ketika bersentuhan dengannya.

Diketahui bahwa energi listrik ditransmisikan dalam jarak jauh dengan tegangan melebihi tingkat yang digunakan konsumen. Penggunaan trafo diperlukan untuk mengubah tegangan menjadi nilai yang dibutuhkan, meningkatkan kualitas proses transmisi tenaga listrik, dan juga mengurangi rugi-rugi yang diakibatkannya.

Deskripsi dan prinsip pengoperasian trafo

Trafo adalah perangkat yang digunakan untuk menurunkan atau menaikkan tegangan, mengubah jumlah fasa dan, dalam kasus yang jarang terjadi, mengubah frekuensi arus bolak-balik.

Ada jenis perangkat berikut:

• kekuatan;
• ukur;
• daya rendah;
• detak;
• transformator puncak.

Perangkat statis terdiri dari elemen struktural utama berikut: dua (atau lebih) belitan dan sirkuit magnetik, yang juga disebut inti. Dalam transformator, tegangan disuplai ke belitan primer dan dikeluarkan dari belitan sekunder dalam bentuk konversi. Belitan dihubungkan secara induktif, melalui Medan gaya di inti.

Sama seperti konverter lainnya, transformator mempunyai faktor efisiensi (disingkat Efisiensi), Dengan simbol. Koefisien ini mewakili rasio energi yang efektif digunakan dengan energi yang dikonsumsi dari sistem. Hal ini juga dapat dinyatakan sebagai rasio daya yang dikonsumsi oleh beban terhadap daya yang dikonsumsi oleh perangkat dari jaringan. Efisiensi adalah salah satu parameter utama yang mencirikan efisiensi kerja yang dilakukan oleh sebuah transformator.

Jenis rugi-rugi pada trafo

Proses perpindahan tenaga listrik dari belitan primer ke belitan sekunder disertai dengan rugi-rugi. Oleh karena itu, tidak seluruh energi dipindahkan, tetapi sebagian besar energi dipindahkan.

Desain perangkat tidak termasuk bagian yang berputar, tidak seperti mesin listrik lainnya. Hal ini menjelaskan tidak adanya kerugian mekanis di dalamnya.

Jadi, perangkat tersebut mengandung kerugian berikut:

• listrik, dalam gulungan tembaga;
• magnetis, dalam inti baja.

Diagram energi dan Hukum Kekekalan Energi

Prinsip pengoperasian perangkat dapat disajikan secara skematis dalam bentuk diagram energi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Diagram tersebut mencerminkan proses transfer energi, di mana timbul rugi-rugi listrik dan magnet. .

Berdasarkan diagram, rumus menentukan daya efektif P 2 adalah sebagai berikut:

P 2 =P 1 -ΔP el1 -ΔP el2 -ΔP m (1)

dimana, P 2 berguna, dan P 1 adalah daya yang dikonsumsi oleh perangkat dari jaringan.

Menyatakan kerugian total ΔP, hukum kekekalan energi akan terlihat seperti: P 1 =ΔP+P 2 (2)

Dari rumus ini jelas bahwa P 1 dihabiskan untuk P 2, begitu juga dengan total kerugian ΔP. Oleh karena itu, efisiensi transformator diperoleh dalam bentuk perbandingan daya yang disuplai (berguna) dengan daya yang dikonsumsi (perbandingan P 2 dan P 1).

Penentuan efisiensi

Dengan ketelitian yang diperlukan untuk menghitung perangkat, nilai efisiensi yang diturunkan sebelumnya dapat diambil dari Tabel No.1:

Seperti yang ditunjukkan pada tabel, nilai parameter secara langsung bergantung pada daya total.

Penentuan efisiensi dengan pengukuran langsung

Rumus penghitungan efisiensi dapat disajikan dalam beberapa versi:

Ungkapan ini jelas mencerminkan bahwa nilai efisiensi transformator tidak lebih dari satu, dan juga tidak sama dengan itu.

Ekspresi berikut menentukan nilai daya bersih:

P 2 =kamu 2 *J 2 *cosφ 2 , (4)

dimana U 2 dan J 2 adalah tegangan sekunder dan arus beban, dan cosφ 2 adalah faktor daya, yang nilainya bergantung pada jenis beban.

Karena P 1 =ΔP+P 2, rumus (3) berbentuk sebagai berikut:

Rugi-rugi listrik pada belitan primer ΔP el1n bergantung pada kuadrat arus yang mengalir di dalamnya. Oleh karena itu, mereka harus didefinisikan sebagai berikut:

(6)

Pada gilirannya:

(7)

dimana r mp adalah resistansi belitan aktif.

Karena pengoperasian perangkat elektromagnetik tidak terbatas pada mode pengenal, penentuan tingkat beban arus memerlukan penggunaan faktor beban, yang sama dengan:

=J 2 /J 2н, (8)

di mana J 2n adalah arus pengenal belitan sekunder.

Dari sini kami menuliskan ekspresi untuk menentukan arus belitan sekunder:

J 2 =β*J 2n (9)

Jika kita mengganti persamaan ini ke dalam rumus (5), kita mendapatkan ekspresi berikut:

Perhatikan bahwa menentukan nilai efisiensi menggunakan ekspresi terakhir direkomendasikan oleh GOST.

Meringkas informasi yang disajikan, kami mencatat bahwa efisiensi transformator dapat ditentukan oleh nilai daya belitan primer dan sekunder perangkat pada mode pengenal.

Penentuan efisiensi dengan metode tidak langsung

Karena nilai efisiensi yang besar, yang bisa mencapai 96% atau lebih, serta sifat metode pengukuran langsung yang tidak ekonomis, hitung parameternya dengan tingkat tinggi akurasi tidak mungkin dilakukan. Oleh karena itu, penentuannya biasanya dilakukan dengan cara tidak langsung.

Menggeneralisasi semua ekspresi yang diperoleh, kita mendapatkan rumus berikut untuk menghitung efisiensi:

η=(P 2 /P 1)+ΔP m +ΔP el1 +ΔP el2, (11)

Ringkasnya, perlu dicatat bahwa indikator efisiensi tinggi menunjukkan pengoperasian perangkat elektromagnetik yang efisien. Kerugian pada belitan dan baja inti, menurut GOST, ditentukan oleh pengalaman atau korsleting, dan tindakan yang bertujuan untuk menguranginya akan membantu mencapai nilai efisiensi setinggi mungkin, yang perlu kita perjuangkan.