COEFICIENTE DE EFICIENCIA (COP) es una característica de la eficiencia de un sistema (dispositivo, máquina) en relación a la conversión de energía; está determinado por la relación entre la energía útil utilizada (convertida en trabajo en un proceso cíclico) y la cantidad total de energía transferida al sistema.

Coeficiente acción útil

(eficiencia), una característica de la eficiencia de un sistema (dispositivo, máquina) en relación con la conversión o transferencia de energía; está determinado por la relación entre la energía útil utilizada y la cantidad total de energía recibida por el sistema; generalmente denotado por h = Wpol/Wcym.

En los motores eléctricos, la eficiencia es la relación entre el trabajo mecánico realizado (útil) y la energía eléctrica recibida de la fuente; en los motores térmicos ≈ la relación entre el trabajo mecánico útil y la cantidad de calor gastado; en transformadores eléctricos ≈ la relación entre la energía electromagnética recibida en el devanado secundario y la energía consumida por el devanado primario. Para calcular la eficiencia diferentes tipos la energía y el trabajo mecánico se expresan en las mismas unidades con base en el equivalente mecánico del calor y otras proporciones similares. Por su generalidad, el concepto de eficiencia permite comparar y evaluar desde un punto de vista unificado sistemas tan diferentes como reactores nucleares, generadores y motores eléctricos, centrales térmicas, dispositivos semiconductores, objetos biológicos, etc.

Debido a las inevitables pérdidas de energía por fricción, calentamiento de los cuerpos circundantes, etc., la eficiencia siempre es menor que la unidad. En consecuencia, la eficiencia se expresa en fracciones de la energía gastada, es decir, en la forma fracción propia o como un porcentaje, y es una cantidad adimensional. La eficiencia de las centrales térmicas alcanza el 35≈40%, los motores de combustión interna ≈ 40≈50%, las dínamos y generadores de alta potencia ≈95%, los transformadores ≈98%. La eficiencia del proceso de fotosíntesis suele ser del 6≈8%, en Chlorella alcanza el 20≈25%. Para los motores térmicos, debido a la segunda ley de la termodinámica, la eficiencia tiene un límite superior determinado por las características del ciclo termodinámico (proceso circular) que realiza la sustancia de trabajo. El ciclo de Carnot tiene la mayor eficiencia.

Se hace una distinción entre la eficiencia de un elemento individual (etapa) de una máquina o dispositivo y la eficiencia que caracteriza toda la cadena de transformaciones de energía en el sistema. La eficiencia del primer tipo, de acuerdo con la naturaleza de la conversión de energía, puede ser mecánica, térmica, etc. El segundo tipo incluye eficiencia general, económica, técnica y de otro tipo. La eficiencia global del sistema es igual al producto de las eficiencias parciales, o la eficiencia de los pasos.

En la literatura técnica, la eficiencia a veces se determina de modo que pueda ser mayor que la unidad. Una situación similar se presenta si la eficiencia está determinada por la relación Wpol/Wcont, donde Wcont ≈ la energía utilizada, obtenida en la “salida” del sistema, Wcont ≈ no toda la energía que ingresa al sistema, sino solo esa parte de ella, por los que se incurre en costes reales. Por ejemplo, durante el funcionamiento de calentadores termoeléctricos de semiconductores (bombas de calor), el consumo de electricidad es menor que la cantidad de calor liberado por el termoelemento. El exceso de energía se extrae de ambiente. En este caso, aunque la eficiencia real de la planta sea inferior a la unidad, la eficiencia considerada h = Wpol/Wzap puede ser superior a la unidad.

Lit .: Artobolevsky I. I., Teoría de mecanismos y máquinas, 2ª ed., M.≈ L., 1952; Ingeniería General de Calor, ed. S. Ya. Kornitsky y Ya. M. Rubinshtein, 2ª ed., M.≈ L., 1952; Ingeniería eléctrica general, M.≈ L., 1951; Vukalovich M. P., Novikov I. I., Termodinámica técnica, 4.ª ed., M., 1968.

Wikipedia

Eficiencia

Eficiencia (eficiencia) - una característica de la eficiencia del sistema en relación con la conversión o transferencia de energía. Está determinada por la relación entre la energía útil utilizada y la cantidad total de energía recibida por el sistema; generalmente denotada por η. La eficiencia es una cantidad adimensional y, a menudo, se mide como un porcentaje.

En realidad, el trabajo realizado con la ayuda de cualquier dispositivo es siempre un trabajo más útil, ya que parte del trabajo se realiza contra las fuerzas de fricción que actúan dentro del mecanismo y al mover sus partes individuales. Entonces, usando un bloque móvil, realizan un trabajo adicional, levantando el propio bloque y la cuerda y superando las fuerzas de fricción en el bloque.

Introducimos la siguiente notación: denotamos trabajo útil por $A_p$ y trabajo completo por $A_(poln)$. Al hacerlo, tenemos:

Definición

Coeficiente de rendimiento (COP) se llama la relación entre el trabajo útil y el total. Denotamos la eficiencia con la letra $\eta $, entonces:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\ \left(2\right).\]

La mayoría de las veces, la eficiencia se expresa como un porcentaje, luego su definición es la fórmula:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\ \left(2\right).\]

Al crear mecanismos, intentan aumentar su eficiencia, pero no existen mecanismos con una eficiencia igual a uno (e incluso más de uno).

Entonces, el factor de eficiencia es cantidad física, que muestra la proporción que tiene el trabajo útil de todo el trabajo producido. Con la ayuda de la eficiencia, se evalúa la eficiencia de un dispositivo (mecanismo, sistema) que convierte o transmite energía que realiza un trabajo.

Para aumentar la eficiencia de los mecanismos, puede intentar reducir la fricción en sus ejes, su masa. Si se puede despreciar la fricción, la masa del mecanismo es significativamente menor que la masa, por ejemplo, de la carga que levanta el mecanismo, entonces la eficiencia es ligeramente menor que la unidad. Entonces el trabajo realizado es aproximadamente igual al trabajo útil:

La regla de oro de la mecánica.

Debe recordarse que no se puede lograr una ganancia en el trabajo utilizando un mecanismo simple.

Expresemos cada uno de los trabajos de la fórmula (3) como el producto de la fuerza correspondiente por el camino recorrido bajo la influencia de esta fuerza, luego transformamos la fórmula (3) en la forma:

La expresión (4) muestra que usando un mecanismo simple, ganamos en fuerza tanto como perdemos en el camino. Esta ley se llama la "regla de oro" de la mecánica. Esta regla fue formulada en la antigua Grecia por Garza de Alejandría.

Esta regla no tiene en cuenta el trabajo para vencer las fuerzas de fricción, por lo que es aproximada.

Eficiencia en la transmisión de energía

El factor de eficiencia se puede definir como la relación entre el trabajo útil y la energía gastada en su ejecución ($Q$):

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\cdot 100\%\ \left(5\right).\]

Para calcular la eficiencia de un motor térmico se utiliza la siguiente fórmula:

\[\eta =\frac(Q_n-Q_(ch))(Q_n)\left(6\right),\]

donde $Q_n$ es la cantidad de calor recibido del calentador; $Q_(ch)$ - la cantidad de calor transferido al refrigerador.

La eficiencia de una máquina térmica ideal que opera según el ciclo de Carnot es:

\[\eta =\frac(T_n-T_(ch))(T_n)\left(7\right),\]

donde $T_n$ - temperatura del calentador; $T_(ch)$ - temperatura del refrigerador.

Ejemplos de tareas para la eficiencia

Ejemplo 1

Ejercicio. El motor de la grúa tiene una potencia de $N$. Durante un intervalo de tiempo igual a $\Delta t$, levantó una carga de masa $m$ a una altura $h$. ¿Cuál es la eficiencia de la grúa?\textit()

Solución. El trabajo útil en el problema considerado es igual al trabajo de levantar el cuerpo a una altura $h$ de una carga de masa $m$, este es el trabajo de vencer la fuerza de gravedad. es igual a:

El trabajo total que se realiza al levantar una carga se puede encontrar usando la definición de potencia:

Usemos la definición del factor de eficiencia para encontrarlo:

\[\eta =\frac(A_p)(A_(poln))\cdot 100\%\left(1.3\right).\]

Transformamos la fórmula (1.3) usando las expresiones (1.1) y (1.2):

\[\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%.\]

Responder.$\eta =\frac(mgh)(N\Delta t)\cdot 100\%$

Ejemplo 2

Ejercicio. Gas ideal ejecuta un ciclo de Carnot, mientras que la eficiencia del ciclo es igual a $\eta $. ¿Cuál es el trabajo en un ciclo de compresión de gas a temperatura constante? El trabajo realizado por el gas durante la expansión es $A_0$

Solución. La eficiencia del ciclo se define como:

\[\eta =\frac(A_p)(Q)\left(2.1\right).\]

Considere el ciclo de Carnot, determine en qué procesos se suministra calor (será $Q$).

Dado que el ciclo de Carnot consta de dos isotermas y dos adiabáticas, podemos decir inmediatamente que no hay transferencia de calor en los procesos adiabáticos (procesos 2-3 y 4-1). En el proceso isotérmico se suministra calor 1-2 (Fig.1 $Q_1$), en el proceso isotérmico se extrae calor 3-4 ($Q_2$). Resulta que en la expresión (2.1) $Q=Q_1$. Sabemos que la cantidad de calor (primera ley de la termodinámica) suministrada al sistema durante un proceso isotérmico se destina por completo a realizar trabajo por parte del gas, lo que significa:

El gas realiza un trabajo útil, que es igual a:

La cantidad de calor que se elimina en el proceso isotérmico 3-4 es igual al trabajo de compresión (el trabajo es negativo) (dado que T=const, entonces $Q_2=-A_(34)$). Como resultado, tenemos:

Transformamos la fórmula (2.1) teniendo en cuenta los resultados (2.2) - (2.4):

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\a A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\a A_(34)=( \eta -1)A_(12)\izquierda(2.4\derecha).\]

Ya que por condición $A_(12)=A_0,\ $finalmente obtenemos:

Responder.$A_(34)=\izquierda(\eta -1\derecha)A_0$

El concepto de eficiencia (COP) se puede aplicar a una amplia variedad de tipos de dispositivos y mecanismos, cuyo funcionamiento se basa en el uso de cualquier recurso. Entonces, si consideramos la energía utilizada para la operación del sistema como tal recurso, entonces el resultado de esto debe considerarse la cantidad de trabajo útil realizado sobre esta energía.

En términos generales, la fórmula de eficiencia se puede escribir de la siguiente manera: n = A*100%/Q. En esta fórmula, el símbolo n se usa como una designación para la eficiencia, el símbolo A representa la cantidad de trabajo realizado y Q es la cantidad de energía gastada. Al mismo tiempo, se debe enfatizar que la unidad de medida de la eficiencia es el porcentaje. Teóricamente, el valor máximo de este coeficiente es del 100%, pero en la práctica es casi imposible alcanzar tal indicador, ya que en el funcionamiento de cada mecanismo están presentes ciertas pérdidas de energía.

Eficiencia del motor

El motor de combustión interna (ICE), que es uno de los componentes clave del mecanismo de un automóvil moderno, también es una variante de un sistema basado en el uso de un recurso: gasolina o combustible diesel. Por lo tanto, es posible calcular el valor de eficiencia para ello.

A pesar de todos los avances técnicos en la industria automotriz, la eficiencia estándar de los motores de combustión interna sigue siendo bastante baja: dependiendo de las tecnologías utilizadas en el diseño del motor, puede ser del 25% al ​​60%. Esto se debe al hecho de que el funcionamiento de dicho motor está asociado con pérdidas de energía significativas.

Así, las mayores pérdidas de eficiencia del motor de combustión interna se dan en el funcionamiento del sistema de refrigeración, que se lleva hasta el 40% de la energía generada por el motor. Una parte significativa de la energía, hasta un 25%, se pierde en el proceso de eliminación de los gases de escape, es decir, simplemente se lleva a la atmósfera. Finalmente, alrededor del 10% de la energía generada por el motor se destina a superar la fricción entre las distintas partes del motor de combustión interna.

Por lo tanto, los tecnólogos e ingenieros empleados en la industria automotriz están realizando importantes esfuerzos para mejorar la eficiencia de los motores mediante la reducción de pérdidas en todos los elementos anteriores. Por lo tanto, la dirección principal de los desarrollos de diseño destinados a reducir las pérdidas relacionadas con la operación del sistema de enfriamiento está asociada con los intentos de reducir el tamaño de las superficies a través de las cuales ocurre la transferencia de calor. La reducción de pérdidas en el proceso de intercambio de gases se realiza principalmente con el uso de un sistema de turboalimentación, y la reducción de pérdidas asociadas a la fricción se realiza mediante el uso de sistemas más tecnológicos y materiales modernos al diseñar un motor. Según los expertos, el uso de estas y otras tecnologías puede elevar la eficiencia de los motores de combustión interna al nivel del 80% o más.

Cálculo de la eficiencia de la unidad de máquina.

unidad de máquina - Un conjunto de mecanismos de motor, mecanismos de transmisión y mecanismos de una máquina en funcionamiento.

Consideremos una moción establecida por separado. Para cada ciclo completo de este movimiento, el incremento de energía cinética es cero:

∑(mv2)/2-∑(mv02)/2=0 (1)

Eficiencia mecánica (eficiencia) es la relación del valor absoluto del trabajo de las fuerzas de producción de resistencia al trabajo de todas las fuerzas impulsoras para un ciclo de movimiento constante. En consecuencia, la fórmula se puede escribir:

KPD está determinada por la fórmula: η=Ап. s/infierno (2)

Donde: Aps - el trabajo de las fuerzas de producción;

El infierno es obra de fuerzas motrices.

La relación entre el trabajo AT de las resistencias que no son de producción y el trabajo de las fuerzas motrices generalmente se denota por Ψ y se denomina coeficiente de pérdidas mecánicas. En consecuencia, la fórmula se puede escribir de la siguiente manera:

η \u003d EN / AD \u003d 1 - Ψ (3)

Cuantas menos resistencias improductivas haya en el mecanismo de trabajo, menor será su coeficiente de pérdidas y más perfecto será el mecanismo en términos de energía.

De la ecuación se deduce: dado que en ningún mecanismo el trabajo de AT no son las fuerzas de producción de resistencia, las fuerzas de fricción (fricción por congelación, fricción por deslizamiento, seca, semiseca, líquida, semilíquida), prácticamente no pueden ser iguales a cero, entonces la eficiencia no puede ser igual a cero.

De la fórmula (2) se deduce que la eficiencia puede ser igual a cero si

Esto significa que la eficiencia es igual a cero si el trabajo de las fuerzas motrices es igual al trabajo de todas las fuerzas de resistencias no productivas que están presentes en el mecanismo. En este caso, el movimiento es posible, pero sin realizar ningún trabajo. Este movimiento del mecanismo se denomina movimiento de ralentí.

La eficiencia no puede ser inferior a cero, ya que para ello es necesario que la relación de trabajo AT/IM sea superior a uno:

TA / TA >1 o TA > TA

De estas desigualdades se sigue que si el mecanismo que satisface la condición especificada está en reposo, entonces el movimiento real no puede ocurrir.Este fenómeno se llama Mecanismo de autofrenado. Si el mecanismo está en movimiento. Luego, bajo la influencia de fuerzas de resistencia no productivas, ralentizará gradualmente su progreso hasta que se detenga (ralentice). En consecuencia, la obtención de un valor de eficiencia negativo en los cálculos teóricos es señal de autofrenado del mecanismo o de imposibilidad de movimiento en un sentido determinado.

Así, la eficiencia del mecanismo puede variar entre:

0 ≤η< 1 (4)

De la fórmula (2) se deduce que la eficiencia Ψ varía entre: 0 ≤η< 1

La relación de máquinas en la unidad de máquina.

Cada máquina es un complejo de mecanismos conectados de cierta manera, y algunos complejos se pueden dividir en otros más simples, teniendo entonces la capacidad de calcular K.P.D. mecanismos simples o teniendo a su disposición ciertos valores de K.P.D. mecanismos simples, puede encontrar un K.P.D. máquinas, formadas por elementos simples en cualquier combinación de ellos.

Todos los casos posibles de transferencia de movimiento y fuerza se pueden dividir en casos: serie, paralelo y conexión mixta.

Al calcular K.P.D. conexiones, tomaremos un agregado formado por cuatro mecanismos de los cuales: N1=N2=N3=N4, η1=η2=η3=η4=0.9

Aceptamos la fuerza motriz (BP) = 1.0

Considere K.P.D. conexión en serie.

El primer mecanismo es puesto en marcha por fuerzas impulsoras que hacen el trabajo del Infierno. Dado que el trabajo útil de cada mecanismo anterior, gastado en la producción de resistencias, es el trabajo de las fuerzas motrices de cada mecanismo posterior, entonces K.P.D. η del primer mecanismo es:

Segundo - η \u003d A2 / A1

Tercero - η \u003d A3 / A2

Cuarto - η \u003d A4 / A3

Eficiencia global η1n=An/Ad

El valor de este factor de eficiencia se puede obtener multiplicando todos los factores de eficiencia individuales η1, η2, η3, η4. Tenemos

η=η1*η2*η3*η4=(A1/AD)*(A2/A1)*(A3/A2)*(A4/A3)=An/AD (5)

Por lo tanto, la eficiencia mecánica general de la conexión en serie de los mecanismos es igual al producto de la eficiencia mecánica de los mecanismos individuales que forman un sistema común.

η=0,9*0,9*0,9*0,9=0,6561=Ap. Con.

Considere K.P.D. coneccion paralela.

Cuando los mecanismos están conectados en paralelo, puede haber dos casos: desde una fuente de fuerza motriz, la energía se transmite a varios consumidores, varias fuentes alimentan a un consumidor en paralelo. Pero consideraremos la primera opción.

Con esta conexión: Ap. s.=A1+A2+A3+A4

Si K.P.D. cada mecanismo tiene entonces el mismo y la potencia se distribuirá por igual a cada mecanismo: ∑КI=1 entonces ⇒ К1=К2=К3=К4=0.25.

Entonces: η=∑Кi*ηi (6)

η =4(0,25*0,90)=0,90

Por lo tanto, el K.P.D. conexión en paralelo como la suma de los productos de cada sección individual de la cadena unitaria.

Considere la eficiencia de un compuesto mixto.

En este caso, hay conexión de mecanismos tanto en serie como en paralelo.

En este caso, la potencia Ad se transfiere a dos mecanismos (1.3), y de ellos al resto (2.4)

Porque η1*η2=A2 y η3*η4=A4, y K1=K2=0.5

La suma de A2 y A4 es igual a Ap. Con. entonces de la fórmula (1) uno puede encontrar el K.P.D. sistemas

η=K1*η1*η2+K2*η3*η4 (7)

η=0,5*0,9*0,9+0,5*0,9*0,9=0,405+0,405=0,81

Por lo tanto, el K.P.D. conexión mixta es igual a la suma de los productos de los coeficientes mecánicos conectados en serie multiplicada por la parte de la fuerza motriz.

Maneras de mejorar la eficiencia

Ahora los principales esfuerzos de los ingenieros están dirigidos a aumentar la eficiencia de los motores reduciendo la fricción de sus partes, las pérdidas de combustible por combustión incompleta, etc. Las posibilidades reales de aumentar la eficiencia aquí todavía son grandes, las acciones son iguales a: el valor real de la eficiencia debido a varios tipos de pérdidas de energía es aproximadamente igual al 40%. La máxima eficiencia - alrededor del 44% - tienen motores de combustión interna. La eficiencia de cualquier motor térmico no puede exceder el valor máximo posible de 40-44%.

Conclusión: al considerar cada conexión de mecanismos por separado, podemos decir que la mayor eficiencia de una conexión en paralelo es igual a η=0.9. Por lo tanto, en agregados, debe intentar usar una conexión paralela o lo más cerca posible de ella.

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Este artículo se centrará en lo familiar, pero muchos no entienden el término coeficiente de rendimiento (COP). ¿Qué es? Averigüémoslo. Coeficiente de rendimiento, en lo sucesivo denominado (COP): una característica de la eficiencia del sistema de cualquier dispositivo, en relación con la conversión o transferencia de energía. Está determinada por la relación entre la energía útil utilizada y la cantidad total de energía recibida por el sistema. ¿Se suele marcar? (" este"). ? = Wpol/Wcym. La eficiencia es una cantidad adimensional y, a menudo, se mide como un porcentaje. Matemáticamente, la definición de eficiencia se puede escribir como: n \u003d (A: Q) x100%, donde A es trabajo útil y Q es trabajo gastado. En virtud de la ley de conservación de la energía, la eficiencia siempre es menor que la unidad o igual a ella, es decir, ¡es imposible obtener más trabajo útil que la energía gastada! Mirando a través de diferentes sitios, a menudo me sorprende cómo los radioaficionados informan, o mejor dicho, elogian sus diseños, por su alta eficiencia, ¡sin tener idea de qué se trata! Para mayor claridad, usando un ejemplo, consideraremos un circuito convertidor simplificado y aprenderemos cómo encontrar la eficiencia de un dispositivo. Un diagrama simplificado se muestra en la Fig. 1

Supongamos que tomamos como base un convertidor de voltaje CC / CC elevador (en lo sucesivo, PN), de unipolar a unipolar aumentado. Encendemos el amperímetro RA1 en la interrupción del circuito de alimentación y, en paralelo con la entrada de alimentación PN, el voltímetro PA2, cuyas lecturas son necesarias para calcular el consumo de energía (P1) del dispositivo y la carga juntos de la fuente de alimentación. A la salida de la PN, también encendemos el amperímetro RAZ y el voltímetro RA4, que son necesarios para calcular la potencia consumida por la carga (P2) desde la PN, hasta el corte de alimentación de la carga. Entonces, todo está listo para calcular la eficiencia, entonces comencemos. Encendemos nuestro dispositivo, medimos las lecturas de los instrumentos y calculamos las potencias P1 y P2. Por lo tanto, P1 = I1 x U1 y P2 = I2 x U2. Ahora calculamos la eficiencia usando la fórmula: Eficiencia (%) = P2: P1 x100. Ahora ha aprendido sobre la eficiencia real de su dispositivo. Usando una fórmula similar, puede calcular el PN y con una salida de dos polos según la fórmula: Eficiencia (%) \u003d (P2 + P3): P1 x100, así como un convertidor reductor. Cabe señalar que el valor (P1) también incluye el consumo de corriente, por ejemplo: un controlador PWM y (o) un controlador para controlar transistores de efecto de campo y otros elementos estructurales.

Como referencia: los fabricantes de amplificadores para automóviles a menudo indican que la potencia de salida del amplificador es mucho mayor que en la realidad. Pero puede averiguar la potencia real aproximada del amplificador del automóvil utilizando una fórmula simple. Digamos que en el amplificador automático en el circuito de alimentación de + 12v, hay un fusible de 50 A. Calculamos, P \u003d 12V x 50A, en total obtenemos un consumo de energía de 600 vatios. Incluso en modelos caros y de alta calidad, es poco probable que la eficiencia de todo el dispositivo supere el 95%. Después de todo, parte de la eficiencia se disipa en forma de calor en transistores potentes, devanados de transformadores, rectificadores. Así que volvamos al cálculo, obtenemos 600 W: 100 % x92 = 570 W. Por lo tanto, no importa qué 1000 W o incluso 800 W, como escriben los fabricantes, ¡este amplificador de automóvil no fallará! ¡Espero que este artículo te ayude a entender un valor tan relativo como la eficiencia! Buena suerte a todos en el desarrollo y repetición de diseños. Tenías un inversor contigo.