Verimlilik bulmak. Verimlilik ve yakıt verimliliği konusu

Tanım [ | ]

Yeterlik

Matematiksel olarak verimliliğin belirlenmesişu şekilde yazılabilir:

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

Nerede A- yararlı iş (enerji) ve Q- harcanan enerji.

Verimlilik yüzde olarak ifade edilirse aşağıdaki formülle hesaplanır:

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

Nerede Q X (\ displaystyle Q_(\ mathrm (X) ))- soğuk uçtan alınan ısı (soğutma makinelerinde soğutma kapasitesi); bir (\displaystyle A)

Isı pompaları için kullanılan terim dönüşüm oranı

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

Nerede Q Γ (\displaystyle Q_(\Gama ))- soğutucuya aktarılan yoğuşma ısısı; bir (\displaystyle A)- bu süreç için harcanan iş (veya elektrik).

Mükemmel arabada Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gama )=Q_(\mathrm (X) )+A), buradan ideal araca ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)

Verimlilik, bir cihazın veya makinenin çalışma verimliliğinin bir özelliğidir. Verimlilik, sistemin çıkışındaki faydalı enerjinin, sisteme sağlanan toplam enerji miktarına oranı olarak tanımlanır. Verimlilik boyutsuz bir değerdir ve çoğunlukla yüzde olarak belirlenir.

Formül 1 - verimlilik

Nerede- A faydalı iş

—Q harcanan toplam iş

Herhangi bir iş yapan herhangi bir sistemin, işin yapılacağı dışarıdan enerji alması gerekir. Örneğin bir voltaj transformatörünü ele alalım. Girişe 220 voltluk bir şebeke voltajı verilir ve örneğin bir akkor lamba gibi çıkıştan güce 12 volt çıkarılır. Böylece transformatör girişteki enerjiyi lambanın çalışacağı gerekli değere dönüştürür.

Ancak transformatörde kayıplar olduğu için ağdan alınan enerjinin tamamı lambaya ulaşmayacaktır. Örneğin bir transformatörün çekirdeğindeki manyetik enerji kaybı. Veya sargıların aktif direncindeki kayıplar. Elektrik enerjisinin tüketiciye ulaşmadan ısıya dönüştürüleceği yer. Bu termal enerji bu sistemde işe yaramaz.

Hiçbir sistemde güç kayıplarının önüne geçilemeyeceği için verim her zaman birliğin altındadır.

Verimlilik, birçok ayrı parçadan oluşan sistemin tamamı için düşünülebilir. Yani, her bir parçanın verimliliğini ayrı ayrı belirlerseniz, toplam verimlilik, tüm elemanlarının verimlilik katsayılarının çarpımına eşit olacaktır.

Sonuç olarak verimliliğin, herhangi bir cihazın enerjiyi iletme veya dönüştürme anlamında mükemmellik düzeyini belirlediğini söyleyebiliriz. Ayrıca sisteme sağlanan enerjinin ne kadarının faydalı işe harcandığını da gösterir.

Şu veya bu mekanizmayı kullanarak, hedefe ulaşmak için her zaman gerekli olanı aşan çalışmalar yapıyoruz. Buna göre tamamlanmış veya tamamlanmış arasında bir ayrım yapılır. harcanan iş A z ve faydalı iş A p. Örneğin amacımız m kütleli bir yükü h yüksekliğine kaldırmaksa, o zaman yararlı iş yalnızca yüke etki eden yer çekimi kuvvetinin üstesinden gelmekten kaynaklanan iş olur. Yükün düzgün bir şekilde kaldırılmasıyla uyguladığımız kuvvet, yükün yer çekimi kuvvetine eşit olduğunda bu iş şu şekilde bulunabilir:

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

Bir yükü kaldırmak için bir blok veya başka bir mekanizma kullanırsak, o zaman yükün yerçekimine ek olarak, mekanizmaya etki eden sürtünme kuvvetinin yanı sıra mekanizmanın parçalarının yerçekiminin de üstesinden gelmemiz gerekir. Örneğin hareketli bir blok kullanarak bloğun kendisini bir kabloyla kaldırmak ve bloğun eksenindeki sürtünme kuvvetini yenmek için ek iş yapmak zorunda kalacağız. Ayrıca, güçle kazanırken, yol boyunca daima kaybederiz (bu, aşağıda daha ayrıntılı olarak ele alınacaktır), bu da çalışmayı etkiler. Bütün bunlar, harcadığımız işin daha faydalı olduğu gerçeğine yol açıyor:

A z > A p

Yararlı iş, her zaman, makine kullanan bir kişinin yaptığı toplam işin yalnızca küçük bir kısmıdır.

Yararlı işin harcanan toplam işten ne kadar olduğunu gösteren fiziksel niceliğe denir. yeterlik mekanizma.

Verimliliğin kısaltması verimliliktir.

Bir mekanizmanın verimliliğini bulmak için, yararlı işi bu mekanizmayı kullanırken harcanan işe bölmek gerekir.

Verimlilik genellikle yüzde olarak ifade edilir ve Yunanca η harfiyle (“eta” olarak okunur) gösterilir:

η =* %100 (24,2)

Bu formüldeki A p payı her zaman A z paydasından küçük olduğundan verimlilik her zaman 1'den (veya %100) küçüktür.

Mekanizmaları tasarlarken verimliliklerini artırmaya çalışırlar. Bunu yapmak için mekanizmaların eksenlerindeki ve kütlelerindeki sürtünmeyi azaltın. Sürtünmenin ihmal edilebilir olduğu ve kullanılan mekanizmaların kaldırılan yükün kütlesine kıyasla ihmal edilebilir bir kütleye sahip olduğu durumlarda verimlilik katsayısı 1'den yalnızca biraz küçüktür. Bu durumda harcanan iş yaklaşık olarak şuna eşit sayılabilir: faydalı çalışma:

A z ≈ A p (24,3)

Unutulmamalıdır ki Basit bir mekanizma kullanarak işte kazanç elde etmek imkansızdır.

(24.3) eşitliğindeki işlerin her biri, karşılık gelen kuvvet ile kat edilen mesafenin çarpımı olarak ifade edilebileceğinden, bu eşitlik aşağıdaki şekilde yeniden yazılabilir:

F 1 s 1 ≈ F 2 s 2 (24,4)

Bundan şu sonuç çıkıyor:

Yürürlükteki bir mekanizmanın yardımıyla kazanırken, yol boyunca aynı sayıda kaybederiz ve bunun tersi de geçerlidir.

Bu yasa denir Mekaniğin "altın kuralı". Yazarı, 1. yüzyılda yaşamış antik Yunan bilim adamı İskenderiyeli Heron'dur. N. e.

Mekaniğin “altın kuralı” yaklaşık bir yasadır, çünkü kullanılan cihazların parçalarının sürtünme ve yer çekiminin üstesinden gelme çalışmalarını hesaba katmaz. Yine de herhangi bir basit mekanizmanın işleyişini analiz etmede çok faydalı olabilir.

Yani örneğin bu kural sayesinde, Şekil 47'de gösterilen işçinin, yükü 10 cm kaldırmak için çift kuvvet kazancı olan işçinin, kolun karşı ucunu 20 cm indirmek zorunda kalacağını hemen söyleyebiliriz. Şekil 58'de gösterilen durumda da aynı durum söz konusu olacaktır. İpi tutan kişinin eli 20 cm düştüğünde hareketli bloğa bağlanan yük sadece 10 cm yükselmektedir.

1. Mekanizmaları kullanırken harcanan iş neden her zaman daha fazla oluyor? faydalı iş? 2. Mekanizmanın verimliliğine ne denir? 3. Mekanizmanın verimliliği 1'e (veya %100'e) eşit olabilir mi? Neden? 4. Verimlilik nasıl artırılır? 5. “Nedir? altın kural» mekanik? Yazarı kimdir? 6. Çeşitli basit mekanizmaları kullanırken mekaniğin “altın kuralının” tezahürüne örnekler verin.

Verimlilik faktörü (verimlilik) kullanılan faydalı enerjinin sistem tarafından alınan toplam enerjiye oranıyla belirlenen, enerjinin dönüşümü veya aktarımıyla ilgili sistem performansının bir özelliğidir.

Yeterlik- genellikle yüzde olarak ifade edilen boyutsuz bir miktar:

Verimlilik faktörü (verimlilik) ısıtma motoru aşağıdaki formülle belirlenir, burada A = Q1Q2. Bir ısı motorunun verimi her zaman 1'den küçüktür.

Carnot döngüsüçalışma akışkanı ile ardışık olarak duran iki izotermal ve iki adyabatik işlemden oluşan, tersinir dairesel bir gaz işlemidir.

İki izoterm ve iki adiabat içeren dairesel bir döngü maksimum verime karşılık gelir.

Fransız mühendis Sadi Carnot, 1824 yılında, çalışma akışkanının ideal bir gaz olduğu ve çevriminin iki izoterm ve iki adiabattan, yani Carnot çevriminden oluştuğu ideal bir ısı motorunun maksimum verimliliği için formülü türetmiştir. Carnot çevrimi, izotermal bir süreçte çalışma akışkanına sağlanan ısı nedeniyle iş yapan bir ısı motorunun gerçek çalışma çevrimidir.

Carnot çevriminin verimliliğine ilişkin formül, yani bir ısı motorunun maksimum verimliliği şu şekildedir: Burada T1 ısıtıcının mutlak sıcaklığı, T2 ise buzdolabının mutlak sıcaklığıdır.

Isı motorları- bunlar termal enerjinin mekanik enerjiye dönüştürüldüğü yapılardır.

Isı motorları hem tasarım hem de amaç bakımından çeşitlilik gösterir. Bunlar şunları içerir: buharlı motorlar, buhar türbinleri, içten yanmalı motorlar, jet motorları.

Ancak çeşitliliğe rağmen prensip olarak çeşitli ısı motorlarının çalışması ortak özellikler. Her ısı motorunun ana bileşenleri şunlardır:

• ısıtıcı;
• çalışma sıvısı;
• buzdolabı.

Isıtıcı yayar Termal enerji Motorun çalışma odasında bulunan çalışma sıvısını ısıtırken. Çalışma akışkanı buhar veya gaz olabilir.

Isı miktarını kabul eden gaz genişler çünkü basıncı dış basınçtan daha büyüktür ve pistonu hareket ettirerek olumlu çalışma. Aynı zamanda basıncı düşer ve hacmi artar.

Gazı aynı durumlardan geçerek ancak ters yönde sıkıştırırsak, o zaman aynı mutlak değeri, ancak negatif işi yaparız. Sonuç olarak çevrim başına yapılan tüm iş sıfır olacaktır.

Bir ısı motorunun işinin sıfırdan farklı olabilmesi için gaz sıkıştırma işinin genleşme işinden küçük olması gerekir.

Sıkıştırma işinin genleşme işinden daha az olması için sıkıştırma işleminin daha düşük bir sıcaklıkta gerçekleşmesi gerekir; bunun için çalışma akışkanının soğutulması gerekir, bu nedenle tasarıma bir buzdolabı dahil edilmiştir. ısı motorunun. Çalışma akışkanı buzdolabıyla temas ettiğinde ısıyı buzdolabına aktarır.

Elektrik enerjisinin tüketicilerin kullandığı seviyeyi aşan voltajlarda uzun mesafelere iletildiği bilinmektedir. Gerilimleri gerekli değerlere dönüştürmek, elektrik iletim sürecinin kalitesini arttırmak ve ayrıca ortaya çıkan kayıpları azaltmak için transformatörlerin kullanılması gereklidir.

Transformatörün tanımı ve çalışma prensibi

Transformatör, voltajı düşürmek veya artırmak, faz sayısını değiştirmek ve nadir durumlarda alternatif akımın frekansını değiştirmek için kullanılan bir cihazdır.

Aşağıdaki cihaz türleri mevcuttur:

• güç;
• ölçüm;
• düşük güç;
• nabız;
• tepe transformatörleri.

Statik bir cihaz aşağıdaki ana yapısal elemanlardan oluşur: iki (veya daha fazla) sargı ve aynı zamanda çekirdek olarak da adlandırılan manyetik bir devre. Transformatörlerde, birincil sargıya voltaj verilir ve ikincil sargıdan dönüştürülmüş bir biçimde çıkarılır. Sargılar endüktif olarak bağlanır manyetik alançekirdekte.

Diğer dönüştürücülerle birlikte transformatörlerin de bir verimlilik faktörü vardır (kısaltılmış hali: Yeterlik), İle sembol. Bu katsayı etkin olarak kullanılan enerjinin sistemden tüketilen enerjiye oranını temsil eder. Yükün tükettiği gücün, cihazın ağdan tükettiği güce oranı olarak da ifade edilebilir. Verimlilik, bir transformatör tarafından gerçekleştirilen işin verimliliğini karakterize eden temel parametrelerden biridir.

Transformatördeki kayıp türleri

Elektriğin birincil sargıdan ikincil sargıya aktarılması işlemine kayıplar eşlik eder. Bu nedenle enerjinin tamamı değil büyük bir kısmı aktarılır.

Cihazın tasarımı diğer elektrikli makinelerden farklı olarak dönen parçalar içermemektedir. Bu, içindeki mekanik kayıpların olmadığını açıklar.

Yani cihaz aşağıdaki kayıpları içerir:

• elektrik, bakır sargılarda;
• Manyetik, çelik çekirdekli.

Enerji diyagramı ve Enerjinin Korunumu Yasası

Cihazın çalışma prensibi Şekil 1'de gösterildiği gibi şematik olarak bir enerji diyagramı şeklinde sunulabilir. Diyagram, elektriksel ve manyetik kayıpların oluştuğu enerji aktarım sürecini yansıtmaktadır. .

Diyagrama göre, etkin güç P2'yi belirleme formülü aşağıdaki gibidir:

P 2 =P 1 -ΔP el1 -ΔP el2 -ΔP m (1)

burada P2 kullanışlıdır ve P1, cihazın ağdan tükettiği güçtür.

Toplam kayıpları ΔP ifade ederek, enerjinin korunumu yasası şöyle görünecektir: P 1 =ΔP+P 2 (2)

Bu formülden P1'in P2'ye ve ayrıca ΔP toplam kayıplarına harcandığı açıktır. Dolayısıyla transformatörün verimliliği, sağlanan (faydalı) gücün tüketilen güce oranı (P2 ve P1 oranı) şeklinde elde edilir.

Verimliliğin belirlenmesi

Cihazın hesaplanması için gerekli doğrulukla, önceden elde edilen verimlilik değerleri Tablo No. 1'den alınabilir:

Tabloda gösterildiği gibi parametrenin değeri doğrudan toplam güce bağlıdır.

Verimliliğin doğrudan ölçümlerle belirlenmesi

Verimliliği hesaplama formülü çeşitli versiyonlarda sunulabilir:

Bu ifade, transformatörün verim değerinin birden fazla olmadığını ve ona eşit olmadığını açıkça yansıtmaktadır.

Aşağıdaki ifade net güç değerini belirler:

P 2 =U 2 *J 2 *cosφ 2 , (4)

burada U 2 ve J 2 ikincil voltaj ve yük akımıdır ve cosφ 2, değeri yükün türüne bağlı olan güç faktörüdür.

P1 =ΔP+P2 olduğundan formül (3) aşağıdaki formu alır:

Birincil sargının ΔP el1n elektriksel kayıpları, içinden akan akımın karesine bağlıdır. Bu nedenle şu şekilde tanımlanmaları gerekir:

(6)

Sırasıyla:

(7)

burada r mp aktif sargı direncidir.

Bir elektromanyetik cihazın çalışması nominal modla sınırlı olmadığından, mevcut yük derecesinin belirlenmesi, aşağıdakilere eşit bir yük faktörünün kullanılmasını gerektirir:

β=J 2 /J 2н, (8)

burada J 2n sekonder sargının nominal akımıdır.

Buradan sekonder sargı akımını belirlemek için ifadeleri yazıyoruz:

J 2 =β*J 2n (9)

Bu eşitliği formül (5)'te yerine koyarsak aşağıdaki ifadeyi elde ederiz:

Son ifadeyi kullanarak verimlilik değerinin belirlenmesinin GOST tarafından önerildiğini unutmayın.

Sunulan bilgileri özetleyerek, bir transformatörün verimliliğinin, cihazın birincil ve ikincil sargılarının nominal modda güç değerleriyle belirlenebileceğini not ediyoruz.

Dolaylı yöntemle verimliliğin belirlenmesi

%96 veya daha fazla olabilen büyük verimlilik değerlerinin yanı sıra doğrudan ölçüm yönteminin ekonomik olmaması nedeniyle parametreyi şu şekilde hesaplayın: yüksek derece doğruluk mümkün değildir. Bu nedenle belirlenmesi genellikle dolaylı bir yöntemle gerçekleştirilir.

Elde edilen tüm ifadeleri genelleştirerek şunu elde ederiz: aşağıdaki formül Verimliliği hesaplamak için:

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

Özetlemek gerekirse, yüksek verimlilik göstergesinin elektromanyetik cihazın verimli çalışmasını gösterdiğini belirtmek gerekir. GOST'a göre sargılarda ve çekirdek çeliğinde meydana gelen kayıplar deneyim veya kısa devre ile belirlenir ve bunları azaltmaya yönelik önlemler, çabalamamız gereken mümkün olan en yüksek verimlilik değerlerinin elde edilmesine yardımcı olacaktır.