COEFICIENTE DE EFICIÊNCIA (COP) é ​​uma característica da eficiência de um sistema (dispositivo, máquina) em relação à conversão de energia; é determinado pela razão entre a energia útil utilizada (transformada em trabalho em um processo cíclico) e a quantidade total de energia transferida para o sistema.

Coeficiente ação útil

(eficiência), característica da eficiência de um sistema (dispositivo, máquina) em relação à conversão ou transferência de energia; é determinado pela razão entre a energia útil utilizada e a quantidade total de energia recebida pelo sistema; geralmente denotado por h = Wpol/Wcym.

Nos motores elétricos, a eficiência é a razão entre o trabalho mecânico realizado (útil) e a energia elétrica recebida da fonte; nas máquinas térmicas ≈ a relação entre o trabalho mecânico útil e a quantidade de calor gasto; em transformadores elétricos ≈ a relação entre a energia eletromagnética recebida no enrolamento secundário e a energia consumida pelo enrolamento primário. Para calcular a eficiência tipos diferentes energia e trabalho mecânico são expressos nas mesmas unidades com base no equivalente mecânico de calor e outras razões semelhantes. Devido à sua generalidade, o conceito de eficiência permite comparar e avaliar de um ponto de vista unificado sistemas tão diferentes como reatores nucleares, geradores e motores elétricos, usinas termelétricas, dispositivos semicondutores, objetos biológicos, etc.

Devido às inevitáveis ​​perdas de energia devido ao atrito, aquecimento dos corpos circundantes, etc., a eficiência é sempre menor que a unidade. Assim, a eficiência é expressa em frações da energia gasta, ou seja, na forma fração própria ou como uma porcentagem, e é uma quantidade adimensional. A eficiência das usinas termelétricas atinge 35≈40%, motores de combustão interna ≈ 40≈50%, dínamos e geradores de alta potência ≈95%, transformadores ≈98%. A eficiência do processo de fotossíntese é geralmente de 6≈8%, na chlorella chega a 20≈25%. Para as máquinas térmicas, devido à segunda lei da termodinâmica, a eficiência tem um limite superior determinado pelas características do ciclo termodinâmico (processo circular) que a substância de trabalho realiza. O ciclo de Carnot tem a maior eficiência.

É feita uma distinção entre a eficiência de um elemento individual (estágio) de uma máquina ou dispositivo e a eficiência que caracteriza toda a cadeia de transformações de energia no sistema. A eficiência do primeiro tipo, de acordo com a natureza da conversão de energia, pode ser mecânica, térmica, etc. O segundo tipo inclui eficiência geral, econômica, técnica e outros tipos. A eficiência geral do sistema é igual ao produto das eficiências parciais, ou a eficiência das etapas.

Na literatura técnica, a eficiência às vezes é determinada de modo que possa ser maior que a unidade. Situação semelhante ocorre se a eficiência for determinada pela razão Wpol/Wcont, onde Wcont ≈ a energia utilizada, obtida na “saída” do sistema, Wcont ≈ não toda a energia que entra no sistema, mas apenas aquela parte dela, para os quais são feitos custos reais. Por exemplo, durante a operação de aquecedores termoelétricos semicondutores (bombas de calor), o consumo de eletricidade é menor que a quantidade de calor liberada pelo termoelemento. O excesso de energia é retirado meio Ambiente. Nesse caso, embora a eficiência real da planta seja menor que a unidade, a eficiência considerada h = Wpol/Wzap pode ser maior que a unidade.

Lit.: Artobolevsky I. I., Teoria dos mecanismos e máquinas, 2ª ed., M.≈ L., 1952; Engenharia geral do calor, ed. S. Ya. Kornitsky e Ya. M. Rubinshtein, 2a ed., M.≈ L., 1952; Engenharia elétrica geral, M.≈ L., 1951; Vukalovich M.P., Novikov I.I., Technical thermodynamics, 4ª ed., M., 1968.

Wikipédia

Eficiência

Eficiência (eficiência) - uma característica da eficiência do sistema em relação à conversão ou transferência de energia. É determinado pela razão entre a energia útil utilizada e a quantidade total de energia recebida pelo sistema; geralmente denotado por η. A eficiência é uma quantidade adimensional e muitas vezes é medida como uma porcentagem.

Na realidade, o trabalho feito com a ajuda de qualquer dispositivo é sempre um trabalho mais útil, pois parte do trabalho é feito contra as forças de atrito que atuam no interior do mecanismo e ao mover suas partes individuais. Assim, usando um bloco móvel, eles realizam um trabalho adicional, levantando o próprio bloco e a corda e superando as forças de atrito no bloco.

Introduzimos a seguinte notação: denotamos trabalho útil por $A_p$ e trabalho completo por $A_(poln)$. Ao fazer isso, temos:

Definição

Coeficiente de desempenho (COP) chamado de proporção de trabalho útil para completo. Denotamos a eficiência pela letra $\eta $, então:

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

Na maioria das vezes, a eficiência é expressa em porcentagem, então sua definição é a fórmula:

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

Ao criar mecanismos, eles tentam aumentar sua eficiência, mas mecanismos com eficiência igual a um (e até mais de um) não existem.

Assim, o fator de eficiência é quantidade física, que mostra a proporção que o trabalho útil é de todo o trabalho produzido. Com a ajuda da eficiência, avalia-se a eficiência de um dispositivo (mecanismo, sistema) que converte ou transmite a energia que realiza o trabalho.

Para aumentar a eficiência dos mecanismos, você pode tentar reduzir o atrito em seus eixos, sua massa. Se o atrito puder ser desprezado, a massa do mecanismo é significativamente menor que a massa, por exemplo, da carga que o mecanismo levanta, então a eficiência é ligeiramente menor que a unidade. Então o trabalho realizado é aproximadamente igual ao trabalho útil:

A regra de ouro da mecânica

Deve ser lembrado que um ganho no trabalho não pode ser alcançado usando um mecanismo simples.

Vamos expressar cada um dos trabalhos na fórmula (3) como o produto da força correspondente pelo caminho percorrido sob a influência dessa força, então transformamos a fórmula (3) na forma:

A expressão (4) mostra que usando um mecanismo simples, ganhamos força tanto quanto perdemos no caminho. Essa lei é chamada de "regra de ouro" da mecânica. Esta regra foi formulada na Grécia antiga por Heron de Alexandria.

Esta regra não leva em consideração o trabalho para vencer as forças de atrito, portanto é aproximada.

Eficiência na transmissão de energia

O fator de eficiência pode ser definido como a razão entre o trabalho útil e a energia gasta para sua implementação ($Q$):

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

Para calcular a eficiência de uma máquina térmica, a seguinte fórmula é usada:

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

onde $Q_n$ é a quantidade de calor recebida do aquecedor; $Q_(ch)$ - a quantidade de calor transferida para o refrigerador.

A eficiência de uma máquina térmica ideal que opera de acordo com o ciclo de Carnot é:

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

onde $T_n$ - temperatura do aquecedor; $T_(ch)$ - temperatura do refrigerador.

Exemplos de tarefas para eficiência

Exemplo 1

Exercício. O motor do guindaste tem uma potência de $N$. Por um intervalo de tempo igual a $\Delta t$, ele elevou uma carga de massa $m$ a uma altura $h$. Qual é a eficiência do guindaste?\textit()

Solução. O trabalho útil no problema em consideração é igual ao trabalho de levantar o corpo a uma altura $h$ de uma carga de massa $m$, este é o trabalho de vencer a força da gravidade. É igual a:

O trabalho total realizado ao levantar uma carga pode ser encontrado usando a definição de potência:

Vamos usar a definição do fator de eficiência para encontrá-lo:

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

Transformamos a fórmula (1.3) usando as expressões (1.1) e (1.2):

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

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

Exemplo 2

Exercício. Gás ideal executa um ciclo de Carnot, enquanto a eficiência do ciclo é igual a $\eta $. Qual é o trabalho em um ciclo de compressão de gás a temperatura constante? O trabalho realizado pelo gás durante a expansão é $A_0$

Solução. A eficiência do ciclo é definida como:

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

Considere o ciclo de Carnot, determine em quais processos o calor é fornecido (será $Q$).

Como o ciclo de Carnot consiste em duas isotérmicas e dois adiabats, podemos dizer imediatamente que não há transferência de calor nos processos adiabáticos (processos 2-3 e 4-1). No processo isotérmico 1-2 o calor é fornecido (Fig.1 $Q_1$), no processo isotérmico 3-4 o calor é removido ($Q_2$). Acontece que na expressão (2.1) $Q=Q_1$. Sabemos que a quantidade de calor (a primeira lei da termodinâmica) fornecida ao sistema durante um processo isotérmico vai completamente para realizar o trabalho do gás, o que significa:

O gás realiza trabalho útil, que é igual a:

A quantidade de calor que é removida no processo isotérmico 3-4 é igual ao trabalho de compressão (o trabalho é negativo) (já que T=const, então $Q_2=-A_(34)$). Como resultado, temos:

Transformamos a fórmula (2.1) levando em consideração os resultados (2.2) - (2.4):

\[\eta =\frac(A_(12)+A_(34))(A_(12))\to A_(12)\eta =A_(12)+A_(34)\to A_(34)=( \eta -1)A_(12)\left(2.4\right).\]

Como pela condição $A_(12)=A_0,\ $finalmente obtemos:

Responda.$A_(34)=\left(\eta -1\right)A_0$

O conceito de eficiência (COP) pode ser aplicado a uma ampla variedade de tipos de dispositivos e mecanismos, cuja operação é baseada no uso de quaisquer recursos. Assim, se considerarmos a energia utilizada para o funcionamento do sistema como tal recurso, então o resultado disso deve ser considerado a quantidade de trabalho útil realizado sobre essa energia.

Em termos gerais, a fórmula de eficiência pode ser escrita da seguinte forma: n = A*100%/Q. Nesta fórmula, o símbolo n é usado como designação para eficiência, o símbolo A representa a quantidade de trabalho realizado e Q é a quantidade de energia gasta. Ao mesmo tempo, deve-se enfatizar que a unidade de medida da eficiência é a porcentagem. Teoricamente, o valor máximo desse coeficiente é de 100%, mas na prática é quase impossível atingir tal indicador, pois certas perdas de energia estão presentes na operação de cada mecanismo.

Eficiência do motor

O motor de combustão interna (ICE), que é um dos principais componentes do mecanismo de um carro moderno, também é uma variante de um sistema baseado no uso de um recurso - gasolina ou diesel. Portanto, é possível calcular o valor da eficiência para ele.

Apesar de todos os avanços técnicos na indústria automotiva, a eficiência padrão dos motores de combustão interna permanece bastante baixa: dependendo das tecnologias utilizadas no projeto do motor, pode ser de 25% a 60%. Isso se deve ao fato de que a operação desse motor está associada a perdas significativas de energia.

Assim, as maiores perdas na eficiência do motor de combustão interna ocorrem no funcionamento do sistema de refrigeração, que consome até 40% da energia gerada pelo motor. Uma parte significativa da energia - até 25% - é perdida no processo de remoção dos gases de escape, ou seja, é simplesmente levada para a atmosfera. Por fim, cerca de 10% da energia gerada pelo motor vai para vencer o atrito entre as diversas partes do motor de combustão interna.

Portanto, tecnólogos e engenheiros empregados na indústria automotiva estão fazendo esforços significativos para melhorar a eficiência dos motores, reduzindo as perdas em todos os itens acima. Assim, a principal direção dos desenvolvimentos de projetos voltados à redução das perdas relacionadas ao funcionamento do sistema de refrigeração está associada às tentativas de reduzir o tamanho das superfícies pelas quais ocorre a transferência de calor. A redução das perdas no processo de troca gasosa é realizada principalmente com a utilização de um sistema de turboalimentação, e a redução das perdas associadas ao atrito é realizada através do uso de equipamentos mais tecnológicos e materiais modernos ao projetar um motor. Segundo especialistas, o uso dessas e de outras tecnologias pode elevar a eficiência dos motores de combustão interna para o nível de 80% ou mais.

Cálculo da eficiência da unidade da máquina

Unidade de máquina - Um conjunto de mecanismos de motor, mecanismos de transmissão e mecanismos de uma máquina de trabalho.

Vamos considerar uma moção estabelecida separadamente. Para cada ciclo completo deste movimento, o incremento de energia cinética é zero:

∑(mv2)/2-∑(mv02)/2=0 (1)

Eficiência mecânica (eficiência) é a razão entre o valor absoluto do trabalho das forças de resistência à produção e o trabalho de todas as forças motrizes para um ciclo de movimento constante. Assim, a fórmula pode ser escrita:

K.P.D. é determinado pela fórmula: η=Ап. s/Inferno (2)

Onde: Aps - o trabalho das forças de produção;

O inferno é o trabalho das forças motrizes.

A razão entre o trabalho AT das resistências de não produção e o trabalho das forças motrizes é geralmente denotada por Ψ e chamada de coeficiente de perdas mecânicas. Assim, a fórmula pode ser escrita da seguinte forma:

η \u003d AT / AD \u003d 1 - Ψ (3)

Quanto menos resistências improdutivas no mecanismo de trabalho, menor seu coeficiente de perda e mais perfeito o mecanismo em termos de energia.

Segue-se da equação: como em nenhum mecanismo o trabalho de AT não é a produção de forças de resistência, forças de atrito (fricção de gelo, atrito de deslizamento, seco, semi-seco, líquido, semi-líquido), praticamente não podem ser iguais a zero, então a eficiência não pode ser igual a zero.

Da fórmula (2) segue-se que a eficiência pode ser igual a zero se

Isso significa que a eficiência é igual a zero se o trabalho das forças motrizes for igual ao trabalho de todas as forças de resistências improdutivas que estão presentes no mecanismo. Neste caso, o movimento é possível, mas sem fazer nenhum trabalho. Este movimento do mecanismo é chamado de movimento ocioso.

A eficiência não pode ser menor que zero, pois para isso é necessário que a relação trabalho AT/IM seja maior que um:

AT / BP >1 ou AT > BP

Destas desigualdades segue-se que se o mecanismo que satisfaz a condição especificada está em repouso, então o movimento real não pode ocorrer. Mecanismo de autofrenagem. Se o mecanismo estiver em movimento. Então, sob a influência das forças de resistência improdutiva, ele diminuirá gradualmente o uivo até parar (desacelerar). Consequentemente, obter um valor negativo de eficiência em cálculos teóricos é um sinal de autofrenagem do mecanismo ou impossibilidade de movimento em uma determinada direção.

Assim, a eficiência do mecanismo pode variar dentro de:

0 ≤η< 1 (4)

Da fórmula (2) segue que a eficiência Ψ varia dentro de: 0 ≤η< 1

A relação de máquinas na unidade de máquina.

Cada máquina é um complexo de mecanismos conectados de uma determinada maneira, e alguns complexos podem ser divididos em mais simples, tendo então a capacidade de calcular K.P.D. mecanismos simples ou tendo à sua disposição determinados valores de K.P.D. mecanismos simples, você pode encontrar um K.P.D. máquinas, compostas por elementos simples em qualquer combinação deles.

Todos os casos possíveis de transferência de movimento e força podem ser divididos em casos: conexão em série, paralela e mista.

Ao calcular o K.P.D. conexões, tomaremos um agregado que consiste em quatro mecanismos dos quais: N1=N2=N3=N4, η1=η2=η3=η4=0,9

Aceitamos a força motriz (BP) = 1,0

Considere K.P.D. conexão serial.

O primeiro mecanismo é acionado por forças motrizes que fazem o trabalho do Inferno. Como o trabalho útil de cada mecanismo anterior, gasto em resistências de produção, é o trabalho das forças motrizes para cada mecanismo subsequente, então K.P.D. η do primeiro mecanismo é:

Segundo - η \u003d A2 / A1

Terceiro - η \u003d A3 / A2

Quarto - η \u003d A4 / A3

Eficiência geral η1n=An/Anúncio

O valor deste fator de eficiência pode ser obtido multiplicando todos os fatores de eficiência individuais η1, η2, η3, η4. Nós temos

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

Assim, a eficiência mecânica global da conexão em série de mecanismos é igual ao produto da eficiência mecânica dos mecanismos individuais que compõem um sistema comum.

η=0,9*0,9*0,9*0,9=0,6561=Ap. Com.

Considere K.P.D. conexão paralela.

Quando os mecanismos são conectados em paralelo, pode haver dois casos: de uma fonte de força motriz, a energia é transmitida a vários consumidores, várias fontes alimentam um consumidor em paralelo. Mas vamos considerar a primeira opção.

Com esta conexão: Ap. s.=A1+A2+A3+A4

Se K.P.D. cada mecanismo tem o mesmo então e a potência será distribuída igualmente para cada mecanismo: ∑КI=1 então ⇒ К1=К2=К3=К4=0,25.

Então: η=∑Кi*ηi (6)

η =4(0,25*0,90)=0,90

Assim, o K.P.D. conexão paralela como a soma dos produtos de cada seção individual da cadeia unitária.

Considere a eficiência de um composto misto.

Nesse caso, há conexão serial e paralela de mecanismos.

Nesse caso, a potência Ad é transferida para dois mecanismos (1.3) e deles para os demais (2.4)

Porque η1*η2=A2 e η3*η4=A4, e K1=K2=0,5

A soma de A2 e A4 é igual a Ap. Com. então da fórmula (1) pode-se encontrar o K.P.D. sistemas

η=К1*η1*η2+К2*η3*η4 (7)

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

Assim, o K.P.D. conexão mista é igual à soma dos produtos dos coeficientes mecânicos conectados em série multiplicados pela parte da força motriz.

Maneiras de melhorar a eficiência

Agora os principais esforços dos engenheiros estão voltados para aumentar a eficiência dos motores reduzindo o atrito de suas peças, perdas de combustível por combustão incompleta, etc. As possibilidades reais de aumentar a eficiência aqui ainda são grandes, as ações são iguais a: O valor real da eficiência devido a vários tipos de perdas de energia são aproximadamente iguais a 40%. A eficiência máxima - cerca de 44% - tem motores de combustão interna. A eficiência de qualquer máquina térmica não pode exceder o valor máximo possível de 40-44%.

Conclusão: ao considerar cada conexão de mecanismos separadamente, podemos dizer que a maior eficiência de uma conexão paralela é igual a η=0,9. Portanto, em agregados, você deve tentar usar uma conexão paralela ou o mais próximo possível dela.

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Este artigo se concentrará no familiar, mas muitos não entendem o termo coeficiente de desempenho (COP). O que é isso? Vamos descobrir. Coeficiente de desempenho, doravante denominado (COP) - uma característica da eficiência do sistema de qualquer dispositivo, em relação à conversão ou transferência de energia. É determinado pela razão entre a energia útil utilizada e a quantidade total de energia recebida pelo sistema. Geralmente é marcado? (" isto"). ? = Wpol/Wcym. A eficiência é uma quantidade adimensional e muitas vezes é medida como uma porcentagem. Matematicamente, a definição de eficiência pode ser escrita como: n \u003d (A: Q) x100%, onde A é o trabalho útil e Q é o trabalho despendido. Em virtude da lei da conservação da energia, a eficiência é sempre menor que a unidade ou igual a ela, ou seja, é impossível obter trabalho mais útil do que a energia despendida! Olhando através de diferentes sites, muitas vezes me surpreendo como os radioamadores relatam, ou melhor, elogiam seus projetos, pela alta eficiência, sem ter a menor ideia do que é! Para maior clareza, usando um exemplo, consideraremos um circuito conversor simplificado e aprenderemos como encontrar a eficiência de um dispositivo. Um diagrama simplificado é mostrado na Fig. 1

Suponha que tomamos como base um conversor de tensão DC / DC step-up (doravante referido como PN), de unipolar para unipolar aumentado. Ligamos o amperímetro RA1 no disjuntor de energia e, em paralelo com a entrada de energia PN, o voltímetro PA2, cujas leituras são necessárias para calcular o consumo de energia (P1) do dispositivo e a carga juntos da fonte de energia. Também ligamos o amperímetro RAZ e o voltímetro RA4 na saída da PN na interrupção da alimentação da carga, que são necessários para calcular a potência consumida pela carga (P2) da PN. Então, tudo está pronto para calcular a eficiência, então vamos começar. Ligamos nosso aparelho, medimos as leituras dos instrumentos e calculamos as potências P1 e P2. Daí P1=I1 x U1, e P2=I2 x U2. Agora calculamos a eficiência usando a fórmula: Eficiência (%) = P2: P1 x100. Agora você aprendeu sobre a real eficiência do seu dispositivo. Usando uma fórmula semelhante, você pode calcular o PN e com uma saída bipolar de acordo com a fórmula: Eficiência (%) \u003d (P2 + P3): P1 x100, bem como um conversor abaixador. Deve-se notar que o valor (P1) também inclui o consumo de corrente, por exemplo: um controlador PWM e (ou) um driver para controlar transistores de efeito de campo e outros elementos estruturais.

Para referência: os fabricantes de amplificadores de carro geralmente indicam que a potência de saída do amplificador é muito maior do que na realidade! Mas você pode descobrir a potência real aproximada do amplificador do carro usando uma fórmula simples. Digamos que no amplificador automático no circuito de alimentação de + 12v haja um fusível de 50 A. Calculamos P \u003d 12V x 50A, no total obtemos um consumo de energia de 600 watts. Mesmo em modelos caros e de alta qualidade, é improvável que a eficiência de todo o dispositivo exceda 95%. Afinal, parte da eficiência é dissipada na forma de calor em transistores potentes, enrolamentos de transformadores e retificadores. Então, vamos voltar ao cálculo, temos 600 W: 100% x92 = 570W. Portanto, não importa o que 1000 W ou mesmo 800 W, como os fabricantes escrevem, este amplificador de carro não vai dar para fora! Espero que este artigo ajude você a entender um valor relativo como eficiência! Boa sorte a todos no desenvolvimento e repetição de designs. Você tinha um inversor com você.