Формула для расчета кпд: Коэффициент полезного действия механизма — урок. Физика, 7 класс.

РАСЧЁТ КПД ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Расчёт КПД наклонной плоскости — Физика дома

Задача на расчёт КПД наклонной плоскости. Вопросы подобного типа вполне могут встретиться и на ЕГЭ, и на ГИА. Задачи этого типа — не самые сложные. Но, как и при решении любой задачи, есть некоторые нюансы, которые надо знать.

По наклонному помосту длиной 8 м и высотой 1,6 м втаскивают груз массой 225 кг. Найдите КПД наклонной плоскости, если коэффициент трения равен 0,1.

Как и любую другую задачу на расчёт КПД, эту задачу необходимо начинать решать с записи формулы для определения КПД (коэффициента полезного действия).

Конкретно для решения этой, ещё нужно нарисовать рисунок.

Далее требуется определить, какая работа является полезной, а какая работа затраченная.

Полезная работа — это то, что необходимо выполнить в задаче (здесь — поднять тело на высоту h). Затраченная работа — это работа, при совершении которой часть энергии идёт на работу по преодолению силы трения.

Записываем формулы для определения работы полезной и работы затраченной.  И, используя алгоритм для решения задач на законы динамики, вычисляем силы, которые надо приложить для выполнения работы.

Важно! При определении работы полезной и работы затраченной задайте вопрос: что необходимо сделать в задаче и за счёт чего эта задача может быть выполнена. Таким образом можно очень быстро понять, где какую работу (энергию) подставлять в формулу для расчёта КПД.

И не только наклонной плоскости.

Вы можете оставить комментарий, или поставить трэкбек со своего сайта.

Написать комментарий

КПД электродвигателей | Полезные статьи

Электрическими двигателями переменного или постоянного тока комплектуются приводы станков, насосов и вентиляторов, а также других механизмов, используемых на предприятиях тяжелой и легкой промышленности. Рентабельность производства напрямую зависит от себестоимости продукции, на которую в большой степени влияет эффективность эксплуатации оборудования, поэтому КПД и мощность электродвигателя являются основными параметрами, на основании которых выполняется подбор привода.

Определение КПД электродвигателя

Принцип работы любой электрической машины основан на преобразовании энергии тока, протекающего по обмоткам статора и создающего магнитное поле, во вращение ротора. Коэффициент полезного действия (КПД) электродвигателя определяется соотношением вырабатываемой им механической мощности на валу (p2) к полной мощности, потребляемой из сети (p1) и выражается в процентах:

η=p2/p1*100%

Исходя из формулы, следует, что чем ближе этот параметр к единице, тем выше будет эффективность использования оборудования.

Факторы, влияющие на величину КПД

Коэффициент полезного действия никогда не может быть равным единице, так как существуют неизбежные потери, снижающие полезную мощность. Они делятся на три группы:

• электрические;
• магнитные;
• механические.

Электрические потери зависят от степени нагрузки двигателя и являются следствием нагрева обмоток статора, вызванного работой тока по преодолению электрического сопротивления проводников, из которых они выполнены. Поэтому максимальный КПД электродвигателя достигается, когда нагрузка на двигатель составляет 75% от максимальной расчетной величины.

Магнитные потери происходят из-за неизбежного перемагничивания активного железа статора и ротора, а также возникновения в нем вихревых токов.

Третья группа обусловлена наличием трения в подшипниках, на которых вращается вал, а также сопротивлением, оказываемым воздухом крыльчатке вентилятора и самому ротору (якорю). Из-за наличия щеточно-коллекторного узла КПД электродвигателя постоянного тока несколько ниже коэффициента полезного действия машин с короткозамкнутым ротором. Это также относится к асинхронным электродвигателям с фазным ротором из-за дополнительного трения щеток об контактные кольца.

Способы повысить КПД двигателя

Следует помнить, что реальный коэффициент полезного действия может несколько отличатся от паспортных величин, указанных на шильдике двигателя. Чтобы выполнить расчет КПД электродвигателя в реальных условиях эксплуатации, необходимо учитывать неравномерность распределения питающего напряжения в фазах. В зависимости от величины асимметрии падение полезной мощности может достигать 5-7%.

Увеличение КПД электрической машины возможно только за счет снижения потерь и контроля качества силовой сети.

Механические потери можно уменьшить благодаря более качественным подшипникам, установки крыльчатки вентилятора, выполненной из современных материалов для уменьшения сопротивлению воздуху. Нагрев обмоток можно уменьшить благодаря использованию обмоточных проводов, выполненных из очищенной меди, имеющих меньшее сопротивление.

Снизить потери на перемагничивание активного железа и минимизировать влияние вихревых токов можно используя для набора сердечника необходимо использовать качественную электромагнитную сталь с надежной изоляцией. Кроме того, ведутся работы по разработке наилучшей геометрии зубцов статора, благодаря которым будет увеличена концентрация магнитного поля.

В реальности КПД асинхронного электродвигателя можно несколько увеличить за счет использования частотного преобразователя, позволяющего оптимизировать расход электроэнергии. Следует помнить, что эффективность эксплуатации двигателя с КПД 98% сильно упадет, если его использовать для приведения в движения механизма, имеющего более низкий коэффициент полезного действия.

Для оформления заказа позвоните менеджерам компании Кабель.РФ^® по телефону +7 (495) 646-08-58 или пришлите заявку на электронную почту [email protected] с указанием требуемой модели электродвигателя, целей и условий эксплуатации. Менеджер поможет Вам подобрать нужную марку с учетом Ваших пожеланий и потребностей.  

Расчет КПД

Машинный агрегат — Совокупность механизмов двигателя, передаточных механизмов и механизмов рабочей машины.

Рассмотрим отдельно установившееся движение. Для каждого полного цикла этого движения приращение кинетической энергии равно нулю:

∑(mv2)/2-∑(mv02)/2=0 (1)

Механическим коэффициентом полезного действия (к.п.д.) называется отношение абсолютной величины работы сил производственных сопротивлений к работе всех движущих сил за цикл установившегося движения. В соответствии с этим можно написать формулу:

К. П.Д. определяется по формуле: η=Ап. с/Ад (2)

Где: Апс — работа производственных сил;

Ад — работа движущих сил.

Отношение работы АТ непроизводственных сопротивлений к работе движущих сил принято обозначать через Ψ и называть коэффициентом механических потерь. В соответствии с этим формулу можно записать так:

η = АТ /АД= 1 – Ψ (3)

Чем меньше в механизме работ непроизводственных сопротивлений, тем меньше его коэффициент потерь и тем совершеннее механизм в энергетическом отношении.

Из уравнения следует: т. к. ни в одном механизме работа АТ не производственных сил сопротивлений, сил трения (трения коченея, трение скольжение, сухое, полусухое, жидкостное, полужидкостное), практически не может, равняться нулю, то кпд не может равняться нулю.

Из формулы (2) следует, что кпд может быть равен нулю если

АТ = АД

Значит, кпд равен нулю, если работа движущих сил равна работе всех сил непроизводственных сопротивлений, которые имеются в механизме. В этом случае движение является возможным, но без совершения какой либо работы. Такое движение механизма называют движением в холостую.

КПД не может быть меньше нуля, т. к. для этого необходимо, чтобы отношение работ АТ / АД было больше единицы:

АТ / АД >1 или АТ > АД

Из этих неравенств следует, что если механизм, удовлетворяющий указанному условию, находится в покое, то действительного движения не произойти не может, Это явление носит название Самоторможения механизма. Если же механизм находится в движении. То под действием сил непроизводственных сопротивлений он постепенно будет замедлять вой ход, пока не остановится (затормозится). Следовательно, получении при теоретических расчётах отрицательного значения кпд служит признаком самоторможения механизма или невозможности движения в заданном направлении.

Таким образом, кпд механизма может изменяться в пределах:

0 ≤η< 1 (4)

Из формулы (2) следует, что кпд Ψ изменяется в пределах: 0 ≤η< 1

Взаимосвязь машин в машинном агрегате.

Каждая машина представляет собой комплекс соединенных определенным образом механизмов, а некоторые сложные могут быть расчленены на более простые, то имея возможность вычислить К. П.Д. простых механизмов или же имея в своем распоряжении определенные значения К. П.Д. простых механизмов, можно найти полный К. П.Д. машины, составленный из простых элементов в любой их комбинации.

Все возможные случаи передачи движения и силы можно разделить на случаи: последовательного, параллельного и смешанного соединения.

При расчете К. П.Д. соединений будем брать агрегат, состоящий из четырёх механизмов которого: N1=N2=N3=N4, η1=η2=η3=η4=0.9

Движущую силу (АД) принимаем = 1,0

Рассмотрим К.П.Д. последовательного соединения.

Первый механизм приводится в движение движущими силами, которые совершают работу Ад. Так как полезная работа каждого предыдущего механизма, затрачивается на производственные сопротивления, является работой движущих сил для каждого последующего, то К. П.Д. η первого механизма равен:

η=А1/Ад

Второго — η =А2/А1

Третьего – η=А3/ А2

Четвертого – η=А4/ А3

Общий коэффициент полезного действия η1n=Аn/Ад

Значение этого коэффициента полезного действия может быть получена, если перемножить все отдельные коэффициенты полезно действия η1, η2,η3,η4. Имеем

η=η1*η2*η3*η4=(А1/АД)*(А2/А1)*(А3 /А2)*(А4/А3)=Аn/Ад (5)

Таким образом, общий механический коэффициент полезного действия последовательного соединения механизмов равняется произведению механических коэффициентов полезного действия отдельных механизмов, составляющих одну общую систему.

η=0,9*0,9*0,9*0,9=0,6561=Ап. с.

Рассмотрим К.П.Д. параллельного соединения.

При параллельном соединении механизмов может, быть может быть два случая: от одного источника двигательной силы мощность передаётся нескольким потребителям, несколько источников параллельно питают одного потребителя. Но мы рассмотрим первый вариант.

При таком соединении: Ап. с.=А1+А2+А3+А4

Если К. П.Д. у каждого механизма одинаковый то и мощность будет распределяться на каждый механизм одинаково: ∑КI=1 то ⇒ К1=К2=К3=К4=0,25.

Тогда: η=∑Кi*ηi (6)

η =4(0.25*0.90)=0.90

Таким образом, общий К. П.Д. параллельного соединения как сумма произведений каждого отдельного участка цепи агрегата.

Рассмотрим К.П.Д смешанного соединения.

В этом случае есть и последовательное и параллельное соединение механизмов.

В этом случае мощность Ад передаётся на два механизма (1,3), а от них на остальные (2,4)

Т. к. η1*η2=А2 и η3*η4=А4, а К1=К2=0,5

Сумма А2 и А4 равна Ап. с. то из формулы (1) можно найти К. П.Д. системы

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

Таким образом, общий К. П.Д. смешанного соединения равняется как сумма произведений механических коэффициентов соединенных последовательно умноженное на часть движущей силы.

Пути повышения К.П.Д.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими, действия равно: Действительное же значение КПД из-за различного рода энергетических потерь приблизительно равно 40%. Максимальный КПД — около 44% — имеют двигатели внутреннего сгорания. Коэффициент полезного действия любого теплового двигателя не может превышать максимально возможного значения 40-44%.

Вывод: при рассмотрении каждого соединения механизмов в отдельности можно сказать, что наибольший кпд у параллельного соединения он равен η=0,9. Следовательно в агрегатах нужно стараться использовать параллельное соединение или максимально приблежонное к нему.

Расчет потерь и КПД асинхронных двигателей

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №7

«Расчет потерь и КПД асинхронного двигателя»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: рассчитать значение потребляемой мощности АД, величину переменных, добавочных и суммарных его потерь АД, значение КПД двигателя и его нагрузку при этом КПД.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ:

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энергии, поэтому полезная мощность на выходе двигателя Р₂ всегда меньше мощности на входе (потребляемой мощности) Р₁ на величину потерь Р :

Р₂ = Р₁ — Р (7. 1)

Потери Р преобразуются в теплоту, что в конечном итоге ведет к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.

Магнитные потери Р_м в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи, происходящими в сердечнике при его перемагничивании. Величина магнитных потерь пропорциональна частоте перемагничивания Р_м = f ^β,

где β = 1,3 ÷ 1,5. Частота перемагничивания сердечника статора равна частоте тока в сети (f = f₁), а частота перемагничивания сердечника ротора f = f₂ =f_1s.При частоте тока в сети f ₁ = 50 Гц при номинальном скольжении s_ном = 1 ÷ 8 % частота перемагничивания ротора f = f₂ = 2 ÷ 4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора настолько малы, что их в практических расчетах не учитывают.

Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом обмоток статора и ротора проходящими по ним токами. Величина этих потерь пропорциональна квадрату тока в обмотке (Вт):

электрические потери в обмотке статора

Р_э1 = m₁ I²₁ r₁ ; (7.2)

электрические потери в обмотке ротора

Р_э2 = m₂ I²₂ r₂ = m₁ I^{′ 2}₁ r^{′ 1} (7.3)

Здесь r₁ и r₂ — активные сопротивления обмоток фаз статора и ротора пересчитанные на рабочую температуру Θ_раб (см. § 8.4):

r₁ = r_{1. 20} [1 + α (Θ_раб — 20)]; r₂ = r_2.20 [1 + α (Θ_ра6 — 20)], (7.4)

где r_1.20 и r_2.20 — активные сопротивления обмоток при температуре Θ₁ = 20 °С; α — температурный коэффициент, для меди и алюминия α = 0,004.

Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:

Р_э2 = s Р_эм (7.5)

где Р_эм — электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт:

Р_эм = Р₁ = (Р_м + Р_э1) (7.6)

Из (7.5) следует, что работа асинхронного двигателя экономичнее при малых скольжениях, так как с ростом скольжения растут электрические потери в роторе.

В асинхронных двигателях с фазным ротором помимо перечисленных электрических потерь имеют место еще и электрическиe потери в щеточном контакте Р_{э. щ} = 3 I₂ ΔU_щ /2, где U_щ =2,2 В — переходное падение напряжения на пару щеток.

Механические потери Р_мех — это потери на трение в подшипниках и на вентиляцию. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора (Р_мех = n²₂). В асинхронных двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора.

Добавочные потери включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. В соответствии с ГОСТом добавочные потери асинхронных двигателей принимают равными 0,5% от подводимой к двигателю мощности Р₁:

Р_до6 = 0,005 Р₁. (7.7)

При расчете добавочных потерь для неноминального режима следует пользоваться выражением

Р^′_доб = Р_доб β² (7. 8)

где β = I₁/ I_1ном —коэффициент нагрузки.

Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт)

P = Р_эм + Р_э1 + Р_э2 + Р_мех + Р_доб. (7.9)

На рис. 7.1 представлена энергетическая диаграмма асинхронного двигателя, из которой видно, что часть подводимой к двигателю мощности Р₁ = m₁U₁I₁cos φ₁ затрачивается в статоре на магнитные Р_ы и электрические Р_э1 потери. Оставшаяся после этого электромагнитная мощность Р_эм передается на ротор, где частично расходуется на электрические потери Р_э2 и преобразуется в полную механическую мощность Р′₂. Часть мощности идет на покрытие механических Р_мех и добавочных потерь Р_доб, а оставшаяся часть этой мощности Р₂ составляет полезную мощность двигателя.

Рис. 7.1. Энергетическая диаграмма

асинхронного двигателя

У асинхронного двигателя КПД : η = Р₂/ Р₁ =1 — P. (7.10)

Электрические потери в обмотках Р_Э1 и Р_Э2 являются переменными потерями, так как их величина зависит от нагрузки двигателя, т. е. от значений токов в обмотках статора и ротора. Переменными являются также и добавочные потери (7.8). Что же касается магнитных Р_м и механических Р_мех, то они практически не зависят от нагрузки (исключение составляют двигатели, у которых с изменением нагрузки в широком диапазоне меняется частота вращения).

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя с изменениями нагрузки также меняет свою величину: в режиме холостого хода КПД равен нулю, а затем с ростом нагрузки он увеличивается, достигая максимума при нагрузке (0,7 ÷ 0,8)Р_ном. При дальнейшем увеличении нагрузки КПД незначительно снижается, а при перегрузке (P₂ > Р_ном) он резко убывает, что объясняется интенсивным ростом переменных потерь (Р_э1 + Р_э2 + Р_доб), величина которых пропорциональна квадрату тока статора, и уменьшением коэффициента мощности.

КПД трехфазных асинхронных двигателей общего назначения при номинальной нагрузке составляет: для двигателей мощностью от 1 до 10 кВт η_ном = 75 ÷ 88%, для двигателей мощностью более 10 кВт η_ном =90 ÷ 94%.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Решить задачу №1. Трехфазный асинхронный двигатель с числом полюсов 2 = 4 включен в сети напряжением 380 B, частотой 50 Гц при соединении обмотки статора «треугольником». В табл. 7.1. приведены параметры двигателя, соответствующие его номинальной нагрузке: мощность двигателя P_ном , КПД ƞ_ном , коэффициент мощности cosα₁. При нагрузке Р₂ = 0,85Р_ном КПД двигателя имеет наибольшее значение ƞ_мах = 1,03ƞ_ном. Необходимо определить все остальные виды потерь двигателя для режима номинальной нагрузки.

Таблица 7.1.

Параметр

Варианты

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Р_ном,кВт

3,0

4,0

5,5

7,5

11

15

18,5

22

30

37

ŋ_ном,%

81,5

82

85

85,5

86

87,5

88

90

90,5

91

S_ном,%

5,5

5,0

4,0

3,3

3,0

3,0

2,7

2,5

2,3

2,0

сos ϕ

0,76

0,80

0,82

0,84

0,86

0,87

0,89

0,89

0,90

0,90

Решение.

• определить наибольшее значение КПД: Ƞ_мах = 1,03ƞ_мах ;

• определить величину нагрузки двигателя при этом КПД: Р₂ = 0,85 Р_ном;

• определить потребляемую мощность при ƞ_мах: Р₁ = Р₂/ ƞ_мах ;

• определить суммарные потери при ƞ_мах: Р = Р₁ – Р_2, где _{Р1 = P1ном , а Р2=Pном;}

• определить величину постоянных потерь двигателя: Р_пост = Р_м + Р_мех = 0,5∑Р;

• определить потребляемую мощность в номинальном режиме: Р_1ном = Р_ном / ƞ_ном ;

• определить величину суммарных потерь в номинальном режиме: ∑Р_ном = Р_1ном – Р_ном;

• определить величину переменных потерь в номинальном режиме:

Р_пер = Р_э + Р_доб = ∑Р_ном – Р_пост ;

• определить момент в режиме холостого хода: М₀ = 9,55Р_пост/ƞ₁ ;

• определить номинальную частоту вращения: n_ном = n₁ ( 1 – s_ном) ;

• определить поле

КПД теплового двигателя.

КПД теплового двигателя

Работу многих видов машин характеризует такой важный показатель, как КПД теплового двигателя. Инженеры с каждым годом стремятся создавать более совершенную технику, которая при меньших затратах топлива давала бы максимальный результат от его использования.

Устройство теплового двигателя

Прежде чем разбираться в том, что такое КПД (коэффициент полезного действия), необходимо понять, как же работает этот механизм. Без знания принципов его действия нельзя выяснить сущность этого показателя. Тепловым двигателем называют устройство, которое совершает работу благодаря использованию внутренней энергии. Любая тепловая машина, превращающая тепловую энергию в механическую, использует тепловое расширение веществ при повышении температуры. В твердотельных двигателях возможно не только изменение объема вещества, но и формы тела. Действие такого двигателя подчинено законам термодинамики.

Принцип функционирования

Для того чтобы понять, как же работает тепловой двигатель, необходимо рассмотреть основы его конструкции. Для функционирования прибора необходимы два тела: горячее (нагреватель) и холодное (холодильник, охладитель). Принцип действия тепловых двигателей (КПД тепловых двигателей) зависит от их вида. Зачастую холодильником выступает конденсатор пара, а нагревателем — любой вид топлива, сгорающий в топке. КПД идеального теплового двигателя находится по такой формуле:

КПД = (Тнагрев. — Тхолод.)/ Тнагрев. х 100%.

При этом КПД реального двигателя никогда не сможет превысить значения, полученного согласно этой формуле. Также этот показатель никогда не превысит вышеупомянутого значения. Чтобы повысить КПД, чаще всего увеличивают температуру нагревателя и уменьшают температуру холодильника. Оба эти процесса будут ограничены реальными условиями работы оборудования.

КПД теплового двигателя (формула)

При функционировании теплового двигателя совершается работа, по мере которой газ начинает терять энергию и охлаждается до некой температуры. Последняя, как правило, на несколько градусов выше окружающей атмосферы. Это температура холодильника. Такое специальное устройство предназначено для охлаждения с последующей конденсацией отработанного пара. Там, где имеются конденсаторы, температура холодильника иногда ниже температуры окружающей среды.

В тепловом двигателе тело при нагревании и расширении не способно отдать всю свою внутреннюю энергию для совершения работы. Какая-то часть теплоты будет передана холодильнику вместе с выхлопными газами или паром. Эта часть тепловой внутренней энергии неизбежно теряется. Рабочее тело при сгорании топлива получает от нагревателя определенное количество теплоты Q₁. При этом оно еще совершает работу A, в ходе которой передает холодильнику часть тепловой энергии: Q₂<Q₁.

КПД характеризует эффективность двигателя в сфере преобразования и передачи энергии. Этот показатель часто измеряется в процентах. Формула КПД:

η*A/Qx100 %, где Q — затраченная энергия, А — полезная работа.

Исходя из закона сохранения энергии, можно сделать вывод, что КПД будет всегда меньше единицы. Другими словами, полезной работы никогда не будет больше, чем на нее затрачено энергии.

КПД двигателя — это отношение полезной работы к энергии, сообщенной нагревателем. Его можно представить в виде такой формулы:

η = (Q₁-Q₂)/ Q₁, где Q₁ — теплота, полученная от нагревателя, а Q₂ — отданная холодильнику.

Работа теплового двигателя

Работа, совершаемая тепловым двигателем, рассчитывается по такой формуле:

A = |Q_H| — |Q_X|, где А — работа, Q_H — количество теплоты, получаемое от нагревателя, Q_X — количество теплоты, отдаваемое охладителю.

КПД теплового двигателя (формула):

|Q_H| — |Q_X|)/|Q_H| = 1 — |Q_X|/|Q_H|

Он равняется отношению работы, которую совершает двигатель, к количеству полученной теплоты. Часть тепловой энергии при этой передаче теряется.

Двигатель Карно

Максимальное КПД теплового двигателя отмечается у прибора Карно. Это обусловлено тем, что в указанной системе он зависит только лишь от абсолютной температуры нагревателя (Тн) и охладителя (Тх). КПД теплового двигателя, работающего по циклу Карно, определяется по следующей формуле:

(Тн — Тх)/ Тн = — Тх — Тн.

Законы термодинамики позволили высчитать максимальный КПД, который возможен. Впервые этот показатель вычислил французский ученый и инженер Сади Карно. Он придумал тепловую машину, которая функционировала на идеальном газу. Она работает по циклу из 2 изотерм и 2 адиабат. Принцип ее работы довольно прост: к сосуду с газом подводят контакт нагревателя, вследствие чего рабочее тело расширяется изотермически. При этом оно функционирует и получает определенное количество теплоты. После сосуд теплоизолируют. Несмотря на это, газ продолжает расширяться, но уже адиабатно (без теплообмена с окружающей средой). В это время его температура снижается до показателей холодильника. В этот момент газ контактирует с холодильником, вследствие чего отдает ему определенное количество теплоты при изометрическом сжатии. Потом сосуд снова теплоизолируют. При этом газ адиабатно сжимается до первоначального объема и состояния.

Разновидности

В наше время существует много типов тепловых двигателей, которые работают по разным принципам и на различном топливе. У всех у них свой КПД. К ним относятся следующие:

• Двигатель внутреннего сгорания (поршневой), представляющий собой механизм, где часть химической энергии сгорающего топлива переходит в механическую энергию. Такие приборы могут быть газовыми и жидкостными. Различают 2- и 4-тактные двигатели. У них может быть рабочий цикл непрерывного действия. По методу приготовления смеси топлива такие двигатели бывают карбюраторными (с внешним смесеобразованием) и дизельными (с внутренним). По видам преобразователя энергии их разделяют на поршневые, реактивные, турбинные, комбинированные. КПД таких машин не превышает показателя в 0,5.

• Двигатель Стирлинга — прибор, в котором рабочее тело находится в замкнутом пространстве. Он является разновидностью двигателя внешнего сгорания. Принцип его действия основан на периодическом охлаждении/нагреве тела с получением энергии вследствие изменения его объема. Это один из самых эффективных двигателей.

• Турбинный (роторный) двигатель с внешним сгоранием топлива. Такие установки чаще всего встречаются на тепловых электрических станциях.

• Турбинный (роторный) ДВС используется на тепловых электрических станциях в пиковом режиме. Не так сильно распространен, как другие.

• Турбиновинтовой двигатель за счет винта создает некоторую часть тяги. Остальное он получает за счет выхлопных газов. Его конструкция представляет собой роторный двигатель (газовая турбина), на вал которого насаживают воздушный винт.

Другие виды тепловых двигателей

• Ракетные, турбореактивные и реактивные двигатели, которые получают тягу за счет отдачи выхлопных газов.

• Твердотельные двигатели используют в качестве топлива твердое тело. При работе изменяется не его объем, а форма. При эксплуатации оборудования используется предельно малый перепад температуры.

Как можно повысить КПД

Возможно ли повышение КПД теплового двигателя? Ответ нужно искать в термодинамике. Она изучает взаимные превращения разных видов энергии. Установлено, что нельзя всю имеющуюся тепловую энергию преобразовать в электрическую, механическую и т. п. При этом преобразование их в тепловую происходит без каких-либо ограничений. Это возможно из-за того, что природа тепловой энергии основана на неупорядоченном (хаотичном) движении частиц.

Чем сильнее разогревается тело, тем быстрее будут двигаться составляющие его молекулы. Движение частиц станет еще более беспорядочным. Наряду с этим все знают, что порядок можно легко превратить в хаос, который очень трудно упорядочить.

Формула ⚠️ полезной работы в физике для КПД: как найти, формула

Выбирая техническое устройство, всегда обращают внимание на эффективность его работы. Иными словами, насколько высока энергоэффективность. Получить ответ на этот вопрос можно, если произвести вычисление коэффициента его полезного действия. Тогда становится понятным, насколько затраченные усилия будут обеспечивать полезный результат работы.

Понятие КПД (коэффициента полезного действия)

Термин «КПД» широко используется не только среди профессионалов, но и в быту. Под ним понимают, насколько совершенная работа превышает полезную, т.е. ту, ради которой механизм или прибор приобретается.

Учеными разработана специальная формула, из которой следует, что КПД всегда меньше единицы. Чтобы рассчитать коэффициент, нужно полезную работу, выраженную в Джоулях, разделить на энергию, которая затрачена на эту работу. Поскольку энергия также выражается в Джоулях, конечная расчетная величина безразмерна.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Источник: mashintop.ru

Объяснить бытовым языком данное понятие можно так: энергия, выделяемая от плиты, на которой должен закипеть чайник, расходуется не только на его нагревание. Она должна нагреть саму посудину, воздух вокруг нее, сам нагревательный элемент. И только ее часть будет расходоваться на передачу воде. Чтобы сориентироваться, насколько долго будет закипать чайник одного объема на различного вида печах, нужно знать их КПД.

В поисках наиболее эффективного прибора не стоит стремиться к единице. Такого не бывает. Например, КПД атомной электростанции примерно равно 35%.

Происходит это по двум причинам:

1. Исходя из закона сохранения энергии, получить больше работы, чем затрачено энергии, невозможно.
2. Любая работа сопровождается определенными потерями, будь-то нагревание тары или преодоление сил трения при движении по поверхности.

Термин КПД применим практически к каждому процессу, в котором имеется затраченная и полезная работа.

Применение в различных сферах физики

Характеризуя КПД, следует учитывать, что он не является константой, поскольку в каждом случае свои особенности энергозатрат. С другой стороны, он не может быть установлен изолированно от конкретных процессов. Если рассмотреть работу электродвигателя, величина его КПД сложится исходя из преобразования энергии тока в механическую работу.

В данном случае КПД рассматривается не как соотношение полезной и общей работы, а как соотношение отдаваемой мощности и подводимой к рабочему механизму.

В формулу (η=P₂/P₁) должны быть включены P₁ – первичная мощность и P₂ – мощность прибора.

В качестве первого примера выведем формулу КПД для варианта определения с величинами работы и затраченной энергии (формула для определения КПД теплового двигателя). Условными обозначениями в ней будут являться:

Ап – работа полезная;

• Q₁ – количество энергии (или тепла), полученной от нагревающего устройства;
• Q₂ – количество энергии (или тепла), отданное в процессе деятельности;
• Q₁ – Q₂ – та энергия (или тепло), которая пошла на процесс.

В итоге получится выражение:

Теперь выразим формулу через соотношение мощностей. Условные обозначения следующие:

Р_отд – полезная (эффективная) мощность;

Р_подв – номинальная мощность.

Формула будет выглядеть так:

Если затрата или передача энергии происходит неоднократно, общий КПД равен сумме КПД на каждом участке процесса:

Какой буквой обозначается, единицы измерения

В вышеприведенной формуле искомая величина коэффициента полезного действия обозначается буквой η, которая произносится «эта».

Для упрощения понимания величины, КПД чаще выражается в процентах.

Физическая формула КПД

С учетом изложенных выше особенностей и необходимости выражения результата в %, физические формулы приобретают усовершенствованный внешний вид:

или

Примеры расчета КПД

Формула применяется для расчетов коэффициентов машин различного типа.

Задача 1

Имеется 10 кг дров, теплота сгорания которых составляет 95 Дж/кг. При их сгорании в помещении объемом 75 м3 установилась температура 22оС (допускаем, что удельная теплоемкость воздуха равна 1,3 кДж/ кгхград).

Решение состоит из нескольких действий:

1. 1300 Дж умножить на 75 (объем) и 22 (температуру). Получаем 2 145 кДж. Это то тепло, выраженное в кДж, которое поступило в воздух помещения.
2. 10700000Дж умножаем на 10 (количество дров) =10х107 кДж.
3. При делении полезного тепла и полного, выработанного обогревателем, получаем значение 2,5%. Это говорит о низкой эффективности прибора и большой затрате дров и необходимости внесения конструктивных изменений, например, оборудования возможности дымоходам нагревать не только воздух, но и предметы в помещении.

Задача 2

В доме установлен электробойлер объемом 80 литров. Нагревательный элемент имеет мощность 2 кВт. Было замечено, что для нагревания воды от 12^оС до 70^оС уходит 3 часа. Нужно определить КПД прибора.

Дополнительные данные: плотность воды составляет 1000 кг/м³, ее теплоемкость – 4200 Дж/кг*^оС.

Решать задачу нужно по формуле:

\(\eta=Q_{пол}\div Q_{зат}\times100\%\)

\(Q_{зат}=N\times t=10800(сек)\)

\(Q_{пол}=c\times m\times(T_2-T_1)\)

\(m=\rho\times V\)

\(T_1=12\) ^oC

\(T_2=70\) ^oC

Конечная формула:

\(\eta=(c\times\rho\times V\times(T_2-T_1)\div N\times t)\times100\%=90\%\)

Задача 3

Температура воды, налитой в котел паровой машины, составляет 160^оС. Температура холодильника – 10^оС. Коэффициент полезного действия машины – 60%. В топке сжигается 200 кг угля. Его удельная теплота сгорания – 2,9 • 107 Дж/кг. О какой максимальной работе может идти речь для данной машины?

Решение следующее. А_макс возможна для идеальной тепловой машины, которая функционирует по циклу Карно. Ее КПД равно (Т₁-Т₂)/Т₁. В этой формуле Т₁ и Т₂ – температуры нагревателя, холодильника.

Определяем КПД, пользуясь формулой: \( \eta\;=\;A\div Q_1\). В этой формуле А – работа тепловой машины, Q₁ – теплота, полученная от нагревателя. С другой стороны, она равна \(\eta_1\times m\times q\).

\(Q_1\;=\;\eta_1\times m\times q\)

\((T_1-T_2)\div T_1=A\div\eta_1\times m\times g\)

Итоговая формула:

\(А\;=\;\eta_1\times m\times q\times(1\;-\;Т_2\div Т_1)\)

Подставив значение, получаем ответ: 1,2*109 Дж.

Эффективность и расчеты — Повествование по физике

Простой вид двигателя

В одном из представлений двигатель представляет собой сложную сборку проводов, магнитов, осей, щеток и коммутаторов. Существует множество различных конструкций электродвигателей (например, коллекторный двигатель постоянного тока, шаговый двигатель постоянного тока, синхронный двигатель переменного тока), и для адаптации конструкции к конкретной задаче требуются значительные навыки. Это может быть для приложения с особенно высоким крутящим моментом, например, для создания больших ускорений для электрического спортивного автомобиля, или приложения, в котором рабочая мощность очень мала, но очень мало энергии может быть потрачено впустую, например, в автомобиле на солнечной энергии.

Гораздо более простое представление можно получить, разработав описание в терминах запасов энергии или мощности проводящих путей.

Рабочая мощность и максимальная мощность

Есть много рабочих мощностей для двигателей. Даже в бытовой сфере вы можете найти двигатели, предназначенные для перемешивания белья в стиральной машине, смешивания супа, измельчения кофе или вращения жесткого диска в портативном музыкальном плеере.Для последнего примера требуется точное движение, но, возможно, ненадолго. Воспроизведение музыки зависело от точного вращения синглов со скоростью 78 об/мин (оборотов в минуту), через устойчиво высокую скорость для аудио компакт-дисков и до устойчиво высокой скорости для жестких дисков (7200 об/мин обычно доступны на момент написания статьи). ). Возможно, плееры с флэш-памятью вытеснят как жесткие диски, так и портативные кассетные аудиоплееры, поскольку им нужны очень точные двигатели для протягивания ленты через голову со скоростью 178 дюймов в секунду.Тем не менее, если роботы будут играть какую-либо роль в будущем, инженерам будет крайне необходимо разрабатывать двигатели с диапазоном точности и номинальной мощности.

Но есть более простой вид (а физики любят более простые взгляды), который дает руководство для всей этой инженерии. Мотор — это просто устройство, предназначенное для переключения с электрического пути на механический, так что это своего рода преобразователь. Идеальный двигатель будет переключать всю мощность — нет отходов.

Используйте аккумулятор для привода двигателя, который поднимает поддон (возможно, на вилочном погрузчике).Затем описание устройства/пути обеспечивает полезный уровень детализации для одного стратегического взгляда на инженерные требования. Еще более абстрактный взгляд дает описание с точки зрения магазинов, которое еще меньше касается как? , а так еще больше ориентировался на сколько? .

Идеальный и несовершенный переход с одного пути на другой

Инженеров очень интересуют настоящие двигатели, которые несовершенны. Совершенство — это всего лишь недостижимая цель: разработка — это правильный компромисс.

Любой двигатель имеет значительную длину провода, по которому течет ток, и на котором есть разность потенциалов, величина которой ограничена соотношением: В  =  R  ×  I . Следовательно, в этих проводах двигателя будет некоторое нагревание. Таким образом, более реалистичным видом двигателя является устройство, которое переключается с электрического пути на механический рабочий путь и на путь нагрева частицами.

Менее расточительный, более эффективный двигатель — это двигатель, в котором большая часть мощности уходит на механический рабочий путь.

Так как моторы не сильно светятся, то можно пренебречь нагревом путем излучения; другими словами, для большинства двигателей на этом пути не так много мощности, пока они не превысят расчетную мощность, что часто приводит к сгоранию двигателя . Это происходит, когда мощность, переключаемая с входного (электрического) пути, превышает три выходных пути (механическая работа, нагрев частицами, нагрев излучением). Энергия, поступающая внутрь, превышает энергию, выводимую наружу, и запас тепла увеличивается, поэтому проволока становится все горячее и горячее, пока в конце концов не расплавится.

Как рассчитать накопления в магазинах в результате подъема

Назад к двигателю вилочного погрузчика, поднимающего поддон. Когда двигатель работает, аккумулятор разряжается и груз поднимается. Чем быстрее поднимается груз, тем быстрее реагируют химические вещества в батарее, и поэтому она быстрее разряжается.

Двигатель переключается с электрического пути – энергия, перешедшая из химического хранилища батареи в гравитационное хранилище, накапливается с течением времени.

Мощность в электрическом тракте (задается током и разностью потенциалов, как и раньше) и время задают накопление.

Мощность в двух направлениях

Энергия, перемещаемая в гравитационный накопитель, зависит как от силы (масса × напряжённость гравитационного поля), так и от расстояния – здесь от высоты. Вы можете проверить эти связи в темах SPT: Силы и SPT: Энергия. Таким образом, вы можете рассчитать энергию, смещенную в гравитационный накопитель, накапливающийся при изменении высоты.Усилие фиксируется содержимым поддона, которое поднимает вилочный погрузчик.

Энергия, накопленная в гравитационном хранилище в результате изменения высоты, может быть рассчитана как масса × напряженность гравитационного поля × изменение высоты. Убедитесь, что это имеет смысл, используя единицы измерения: килограмм × ньютон килограмм ^-1 × метр, что упрощается до: ньютон × метр. Вернемся от единиц к количествам: сила × расстояние.

Это вычисляет энергию (см. тему SPT: Энергия для более подробной информации).

Эти два накопления, благодаря электрическим и механическим путям, будут равны, если двигатель совершенен. Мы часто используем эту упрощенную модель, потому что она часто является хорошим руководством к действию. Но для реальных двигателей часть энергии неизбежно переместится в тепловые накопители, поэтому накопление, рассчитанное по электрическому пути, будет равно энергии, перешедшей в гравитационный запас и в эти запасы тепла.

Калькулятор эффективности — Академия калькуляторов

Расчет эффективности системы.Введите общую энергию, подводимую к системе, и общую энергию или выходную мощность, чтобы определить ее эффективность.

Формула эффективности

Эффективность — это предотвращение потерь в любой системе, часто отображаемое в процентах от произведенной работы к потребляемой энергии. Эта энергия обычно измеряется в джоулях (Дж). Эффективность очень часто используется в приложениях для передачи тепла, поскольку потеря тепла является основной проблемой в современной технике. Он также используется для оценки механической, солнечной и химической эффективности.

КПД можно рассчитать по следующей формуле:

Н = Wo / Ei * 100

• Где N — КПД
• Wo — выходная работа
• Ei — потребляемая энергия

И работа, и энергия используют стандартную единицу измерения — Джоули, но приведенный выше калькулятор имеет единицу меньше, чтобы вы могли ввести любую единицу измерения. Вы должны убедиться, что единицы работы и энергии совпадают. Приведенное выше объяснение относится к использованию эффективности в физике и термодинамике, но эффективность может использоваться во всем, от финансов до производительности труда.

Как рассчитать эффективность

Эффективность — это мера способности системы передавать энергию. Таким образом, система со 100% эффективностью будет производить 100% потребляемой энергии. Если вы изучали термодинамику, то, конечно, знаете, что 10-процентная эффективность невозможна. Потери энергии происходят в каждом отдельном аспекте системы, от потерь тепла до потерь на трение.

Давайте рассмотрим пример расчета эффективности.

1. Первым шагом является расчет или измерение энергии, поступающей в систему.Обычно это измеряется с помощью прямых средств, таких как измерение общего потребления электроэнергии в системе, но его также можно рассчитать.
2. Следующим шагом является расчет общего объема работы. Иногда это может быть сложно и требует некоторых манипуляций с уравнениями. Причина, по которой это может быть сложно, заключается в том, что очень часто на вход поступает либо электричество, либо тепло, а на выходе — движение, как у двигателя. Вы должны преобразовать физическое движение в энергию, используя термодинамические формулы
3. Наконец, введите ввод и вывод в формулу и проанализируйте результат.

Как повысить эффективность

Повышение эффективности является основой постоянного совершенствования техники, особенно механических систем. Механические системы могут быть крайне неэффективными. Возьмем, к примеру, ДВС (двигатель внутреннего сгорания). ДВС обычно имеет КПД около 20-30%. Это означает, что 70% энергии, вырабатываемой бензином, теряется по разным причинам. Инженеры работали над его улучшением на протяжении десятилетий.

Вот лучшие способы повышения эффективности механических систем:

• Уменьшить потери тепла за счет использования изоляции
• Уменьшить трение деталей за счет смазки или изменения конструкции компонентов
• Уменьшить количество передающих компонентов, чем меньше, тем лучше
• Улавливать потерянное тепло для питания других систем неограниченное количество способов повысить эффективность системы, механической или нет. Инженер должен критически мыслить и придумывать новые способы сделать это.

  ---

  Формула эффективности производства: что это такое и кто ее использует

  1. Карьерный рост
  2. Формула эффективности производства: что это такое и кто ее использует фактическая производительность / стандартная производительность) x 100**

     Предприятия учитывают множество факторов, когда принимают решение об использовании своих ресурсов для производства товаров.Эффективность производства, которая является важным производственным фактором, относится к моменту, когда производство достигает полной мощности и максимальной эффективности. Если ваша работа связана с производством, важно понимать концепцию эффективности производства и формулу эффективности производства. В этой статье мы объясним определение эффективности производства, формулу эффективности производства, как использовать формулу эффективности производства и кто использует формулу эффективности производства.

     Что такое эффективность производства?

     Эффективность производства — это точка, в которой производство достигает полной мощности. На данный момент вы используете все свои ресурсы, и вы не можете производить больше продуктов, не отказываясь от производства другого продукта. Это означает, что эта точка является наиболее эффективным уровнем производства, и она может позволить вам производить товары с наименьшими затратами для вашего бизнеса. Поэтому важно понимать эффективность производства, чтобы вы могли принимать наилучшие возможные решения для своей компании.

     Эффективность производства можно визуализировать с помощью границы производственных возможностей (PPF).PPF — это кривая на графике, показывающая различные комбинации результатов производства при производстве двух товаров из одних и тех же ресурсов. Анализ PPF может помочь вам найти точку, в которой эффективность производства самая высокая.

     Связанный: Что такое эффективность производства?

     Какова формула эффективности производства?

     Формула эффективности производства — это простая формула, которую можно использовать для расчета эффективности производства на основе данных вашей компании. Формула эффективности производства:

     Эффективность производства = (фактическая производительность / стандартная производительность) x 100

     Формула означает, что эффективность производства равна фактической производительности, деленной на стандартную производительность, умноженную на 100%.Чтобы использовать формулу эффективности производства, вам нужно знать два важных фактора:

     • Фактическая производительность: Фактическая производительность вашего бизнеса — это ваши фактические затраты, деленные на фактическую производительность. По сути, фактическая скорость вывода описывает объем выпуска, который фактически произошел.

     • Стандартная производительность: Стандартная производительность вашего бизнеса — это ваша работа, произведенная за определенную единицу времени. Стандартная скорость вывода описывает вывод, который может произойти, в отличие от фактической скорости вывода, которая описывает фактически полученный вывод.Вы можете использовать исторические данные вашего бизнеса, чтобы найти стандартную производительность.

     См. также: Как решать простые уравнения (с примерами)

     Как использовать формулу эффективности производства

     Вот три простых шага, которые вы можете выполнить, чтобы рассчитать эффективность производства с помощью формулы эффективности производства:

     1. Найти ваша фактическая производительность

     Первым шагом к использованию формулы эффективности производства является определение фактической производительности.Вы можете рассчитать фактическую производительность, разделив единицу времени на количество произведенной продукции. Например, если вы управляете небольшим бизнесом, который производит 24 ожерелья ручной работы за восемь часов, ваша фактическая производительность составляет три ожерелья ручной работы в час.

     24 ожерелья ручной работы / 8 часов = 3 ожерелья ручной работы в час.Вы можете рассчитать стандартную производительность, найдя объем работы, который средний рабочий может выполнить в единицу времени. Вы можете определить это значение, просмотрев исторические данные вашего бизнеса. Используя тот же пример, если ваш бизнес может производить в среднем 16 высококачественных ожерелий ручной работы за восемь часов, ваша стандартная производительность составляет два ожерелья ручной работы в час.

     16 ожерелий ручной работы / 8 часов = 2 ожерелья ручной работы в час

     3. Примените формулу эффективности производства

     Как только вы узнаете свою фактическую производительность и стандартную производительность, вы можете применить формулу эффективности производства.Подставьте свои значения в формулу, чтобы определить эффективность производства. Во-первых, разделите фактическую производительность на стандартную производительность. Затем умножьте полученную сумму на 100%. Полученная сумма представляет собой эффективность производства.

     Таким образом, если ваша средняя производительность составляет три ожерелья в час, а стандартная производительность — два ожерелья в час, эффективность вашего производства составляет 150%. Это означает, что ваш бизнес по производству ожерелий ручной работы работает с высокой эффективностью.

     (3 ожерелья ручной работы / 2 ожерелья ручной работы) x 100 = эффективность производства

     (3 / 2) x 100 = 150% ?

     Люди многих профессий могут использовать формулу эффективности производства, особенно люди, работающие в сфере экономики или производства. Владельцы бизнеса также могут использовать формулу эффективности производства, чтобы понять, как работать на полную мощность и с максимальной эффективностью.Это может помочь им принимать наилучшие производственные решения для своего бизнеса и повышать его успех, в том числе:

     • Разработка стратегий повышения эффективности производства

     • Снижение затрат, связанных с производством

     • Сокращение отходов производства

     • Определение способов распределения производственных ресурсов

     См.: Эффективность бизнеса: что это такое и как ее повысить эффективность:

     Измените способ распределения производственных ресурсов

     Один из советов по повышению эффективности производства — изменение способа распределения производственных ресурсов в вашем бизнесе. Вы можете сделать это, изменив материалы, которые вы используете для производства товаров, сократив производственные отходы, изменив способ упаковки своих продуктов и предприняв другие действия.

     Связано: Что такое управление ресурсами? Руководство по распределению ресурсов и планированию

     Измерьте свою производительность

     Еще один совет по повышению эффективности вашего производства — измерение производительности вашего бизнеса. Вы можете создавать ключевые показатели эффективности (KPI) и другие показатели, которые помогут вам измерить эффективность вашего бизнеса.Периодическое измерение производительности может помочь вам определить конкретные области или процессы, которые ваш бизнес может улучшить для повышения эффективности производства.

     Оптимизация рабочих процессов

     Оптимизация рабочих процессов — еще один способ повысить эффективность производства в вашем бизнесе. Вы можете оптимизировать рабочие процессы своего бизнеса, организовав свое рабочее пространство, так как это поможет сотрудникам сократить время работы. Вы также можете оптимизировать свои рабочие процессы, стандартизировав частые процессы.Стандартизация процессов может помочь сотрудникам быстро завершить процессы и получить ожидаемые результаты. Вы можете начать стандартизацию процессов, создав руководства по процессам, в которых объясняются важные этапы и цели каждого процесса.

     Расчет энергоэффективности — видео и расшифровка урока

     Формула

     Теперь представьте, что вы владелец местной картинной галереи. Вы показываете все свои произведения искусства с 8 утра до 8 вечера. Вы заинтересованы в энергоэффективности, потому что на самом деле тратите немало денег на питание всех источников света в своей галерее.

     Вы хотите знать, сколько электроэнергии, за которую вы платите, фактически превращается в полезный свет с помощью ваших лампочек. Чтобы помочь вам понять это, вы используете следующую формулу для определения энергоэффективности:

     • Греческая буква eta , похожая на букву «n», представляет вашу энергоэффективность.
     • Вт представляет количество работы или энергии в джоулях.Его умножают на 100, чтобы перевести в проценты.

     Расчет

     Используйте эту формулу, чтобы увидеть, насколько хорошо ваши лампочки справляются со своей задачей. Ваши лампочки в настоящее время потребляют 4500 Дж энергии каждую минуту. И каждую минуту они излучают 99 Дж световой энергии. Итак, получаем:

     Вау! Ваши лампочки потребляют много энергии, но не производят много света. Так куда же уходит остальная энергия? Помните, закон сохранения энергии гласит, что в любой замкнутой системе энергия не теряется и не создается, а просто изменяется.

     Итак, поскольку только 2,2% электричества, которое вы отдаете своим лампочкам, превращается в свет, куда уходят остальные 97,8% электричества? Вы когда-нибудь прикасались к горящей лампочке? Обожгла тебе руку, не так ли? Да, эта энергия превращается в тепло, много тепла.

     В идеальном процессе вся ваша входная энергия превратилась бы в пригодную для использования выходную энергию, а ваш КПД был бы равен 100%, то есть вся ваша энергия была бы преобразована в выходную энергию. Таким образом, идеальная лампочка превращала бы всю вашу электрическую энергию в свет и оставалась бы прохладной на ощупь.Это не превращало бы электрическую энергию в тепло.

     Пример энергоэффективности

     Теперь попробуйте рассчитать энергоэффективность конкретного процесса.

     На этот раз процесс представляет собой велосипедиста, который едет на своем велосипеде. Велосипедист затрачивает 650 Дж на вращение педалей своего велосипеда. Велосипед преобразует эту энергию в выходную энергию мощностью 150 Дж, которая толкает велосипед вперед. Какова энергоэффективность велосипедиста?

     Чтобы ответить на этот вопрос, вам сначала нужно определить местонахождение ваших входных и выходных данных.Ваш трудовой вклад — это количество энергии, которую вы вкладываете в процесс. В данном случае 650 Дж у велосипедиста. Результатом работы является энергия, выделяемая процессом, 150 Дж энергии, выделяемой велосипедом. Теперь вы можете продолжить и подставить эти числа в ваше уравнение.

     Энергоэффективность велосипедиста составляет 23,1%. Опять же, большая часть энергии, которая вкладывается в систему, преобразуется во что-то другое. В этом случае много тепла.Вот почему вы согреваетесь, когда тренируетесь.

     Резюме урока

     Определение энергоэффективности — это отношение количества энергии, произведенной в процессе, к количеству энергии, переданной процессу. Формула:

     Греческая буква eta (которая выглядит как «н») обозначает эффективность в процентах. Ваша работа или входная и выходная энергия (Вт) выражены в джоулях.

     Чтобы использовать эту формулу, найдите объемы выработки и затрат труда и подставьте их в формулу для оценки.

     Формула тепловой эффективности | Расчет

     В результате этого утверждения определим тепловой КПД , η _th , любой тепловой машины как отношение работы, которую она совершает, Вт, Вт тепловложение при высокой температуре, Q _H . Формула термической эффективности составляет . работа .

     Цикл Отто по воздушному стандарту  тепловой КПД зависит от степени сжатия  и κ = c _p /c

     _.

     Тепловой КПД для Дизельного цикла :

     Термический КПД цикла Брайтона в пересчете на степень сжатия компрессора (PR = p ₂ /p), которая равна 2 1/p. Параметр обычно используется:

     Тепловая эффективность простых ранний цикл и с точки зрения конкретных энтальпий было бы:

     2

     термическая эффективность , η _Th , представляет долю тепла , Q _H , преобразованного в работу . Это безразмерная мера производительности тепловой машины, использующей тепловую энергию, такой как паровая турбина, двигатель внутреннего сгорания или холодильник. Для холодильных или тепловых насосов тепловой КПД указывает степень, в которой энергия, добавленная в результате работы, преобразуется в чистую выходную тепловую мощность. Поскольку это безразмерное число, мы всегда должны выражать W, Q _H и Q _C в одних и тех же единицах измерения.

     Поскольку энергия сохраняется в соответствии с первым законом термодинамики и энергия не может быть полностью преобразована в работу, подводимая теплота Q _H должна равняться выполненной работе, Вт, плюс теплота, которая должна быть рассеяна как отработанное тепло Q _C в окружающую среду.Поэтому мы можем переписать формулу для теплового КПД следующим образом:

     Чтобы получить КПД в процентах, мы умножаем предыдущую формулу на 100. Обратите внимание, что η _th может быть только 100 % если отходящее тепло Q _C равно нулю.

     В целом КПД даже лучших тепловых машин довольно низкий. Короче говоря, очень трудно преобразовать тепловую энергию в механическую.Тепловой КПД обычно ниже 50% , а часто намного ниже. Будьте осторожны, сравнивая его с эффективностью ветра или гидроэнергетики (ветряные турбины не являются тепловыми двигателями). Преобразование энергии между тепловой и механической энергией не происходит.[/lgc_column]

      

     Эффективность Карно

     В 1824 году французский инженер и физик Николя Леонар Сади Карно продвинулся в изучении второго закона, сформулировав принцип (также называемый ). Правило Карно ), которое определяет пределы максимальной эффективности , которую может получить любая тепловая машина .Короче говоря, этот принцип гласит, что эффективность термодинамического цикла зависит исключительно от разницы температур горячего и холодного резервуаров.

     Принцип Карно гласит:

     1. Никакой двигатель не может быть более эффективным, чем реверсивный двигатель ( тепловой двигатель Карно ), работающий между одними и теми же высокотемпературными и низкотемпературными резервуарами.
     2. Эффективность всех реверсивных двигателей ( Тепловые двигатели Карно ), работающих между одними и теми же резервуарами с постоянной температурой, одинакова, независимо от используемого рабочего вещества или особенностей работы.

  2

  Эффективность карнота

  Формула для этой максимальной эффективности:

  , где:

  , где:

  • — это эффективность цикла Carnot, т. Е. Это соотношение = W / Q _H работы, совершаемой двигателем на тепловую энергию, поступающую в систему из горячего резервуара.
  • T _C – абсолютная температура (в Кельвинах) холодного резервуара,
  • T _H – абсолютная температура (в Кельвинах) горячего резервуара.

  Формула цикла Брайтона

  Идеальный цикл Брайтона состоит из четырех термодинамических процессов. Два изоэнтропических процесса и два изобарических процесса.

  Термический КПД простого цикла Брайтона для идеального газа и с точки зрения удельных энтальпий может быть выражен через температуры:

  Термический КПД цикла Ренкина

  Цикл Ренкина близко описывает процессы в паровых тепловых машинах обычно встречается на большинстве тепловых электростанций.

  Термический КПД простого цикла Ренкина в единицах удельной энтальпии составляет:

  Это очень простое уравнение, и для определения теплового КПД можно использовать данные из паровых таблиц .

   

  Ссылки:

  Ядерная и реакторная физика:

  1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
  2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
  3. WM Stacey, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
  4. Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
  5. WSC. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
  6. Кеннет С. Крейн. Введение в ядерную физику, 3-е издание, Wiley, 1987, ISBN: 978-0471805533
  7. G.Р.Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
  8. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерных реакторов, 1988 г.
  9. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. January 1993.

  Advanced Reactor Physics:

  1. KO Ott, WA Bezella, Introductory Nuclear Reactor Statics, American Nuclear Society, Revised edition (1989: ISBN: Revised edition (1989): 0-894-48033-2.
  2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
  3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
  4. Э. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

  См. выше:

  Тепловая эффективность

  Общая эффективность | EGEE 102: Энергосбережение и защита окружающей среды

  Расчет общей эффективности

  Используя концепцию энергоэффективности, мы можем рассчитать компонентную и общую эффективность:

  Общий КПД = Выходная электрическая энергия Химическая потребляемая энергия

  Здесь электрическая энергия дана в Втч, а химическая энергия в БТЕ.Таким образом, Втч можно преобразовать в БТЕ, зная, что в БТЕ 3,412 Втч.

  Этот общий КПД также может быть выражен следующим образом: Общий КПД=[Тепловая энергияХимическая энергия]︸КПД котла×[Механическая энергияТепловая энергия]︸КПД турбины×[Электрическая энергияМеханическая энергия]︸КПД генератора

  Общий КПД = котел, η×турбина, η×генератор, η

  Применение этого метода к приведенному выше примеру электростанции:

  Общая эффективность = [88Btus100Btus]×[36Btus88Btus]×[35Btus36Btus]=0. 88×0,41×0,97=0,35 или 35%

  Можно видеть, что общая эффективность системы равна произведению эффективности отдельных подсистем или процессов. Каковы последствия этого?

  шагов общей эффективности

  Мы изучали КПД автомобиля или электростанции по отдельности. Но когда будет рассмотрена вся цепочка превращений энергии — от момента выноса угля на поверхность до момента превращения электричества в свою окончательную форму, — обнаружится истинная общая эффективность использования энергии.Окончательной формой дома может быть свет от лампочки или звук из стереосистемы. Последовательность шагов, как показано на рисунке ниже: 1) Добыча угля (добыча), 2) Транспортировка на электростанцию, 3) Производство электроэнергии, 4) Передача электроэнергии и 5) Преобразование электроэнергии в свет (Использование) .

  Мы знаем, что такое совокупная эффективность. Мы рассмотрели это на предыдущей диаграмме. Мы говорили об этом. На этой диаграмме мы рассматриваем кумулятивный или общий КПД квалифицированной электростанции. По сути, в земле у нас есть уголь, верно? Мы должны вытащить уголь на поверхность. Этот шаг называется майнингом. Очевидно, нам нужно затратить некоторую энергию, чтобы поднять уголь из земли на поверхность. Так что майнинг сам по себе имеет какую-то, скажем, около 95% эффективности. Или этот шаг эффективен на 95%. Другими словами, если у нас есть 100 единиц в земле, и к тому времени, когда эта энергия выйдет на поверхность, у нас останется только 95 единиц. Потому что пять единиц мы потратим на эксплуатацию оборудования и на добычу угля из-под земли на поверхность.Сейчас этих 95 явно нет в наличии, потому что нам нужно доставить эти 95 БТЕ на электростанцию. Таким образом, грузовики должны использовать некоторую энергию, чтобы доставить эти 95 БТЕ на всю дорогу до электростанции. Так что когда дело дойдет до силовой установки, эти 95 единиц могут оказаться 90 единицами. Другими словами, на транспортировку мы потратим около пяти единиц. Итак, как только мы вводим 90 единиц в электростанцию, которая к настоящему времени имеет КПД примерно 33% или 35%, это говорит нам о том, что когда мы вводим 90 единиц в электростанцию, выходная мощность электростанции в виде электроэнергии составляет всего 30 единиц. Итак, на данный момент у нас осталось всего 30 единиц, когда мы начали наш бизнес со 100 единицами. Теперь эти 30 единиц транспортируются по этим высоковольтным линиям к потребителю. К тому времени, когда вы доберетесь до пользователя, мы говорим о единице или двух потерянных. Хорошо? И теперь, когда у нас есть около, скажем, для простоты, у нас все еще будет около 29 единиц или 30 единиц. И, как вы все знаете, КПД лампочки общеизвестно низок. Эффективность около 5%. Это означает, что из этих 29 единиц или 30 единиц, которые мы получим в доме, только 5% или 1.5 единиц конвертируются, действительно, в свет. Итак, мы начали со 100, а закончили с 1,5 единицами света. Таким образом, это означает, что общий КПД равен 1,5, разделенному на 100. Здесь оба значения — БТЕ. Таким образом, общий КПД составляет всего 1,5%. Это патетически мало. То есть, используя 1,5 единицы света, мы берем у Матери-Земли 100 единиц. И попутно мы сбрасываем около 98,5 единиц энергии на различных этапах процессов преобразования, и мы используем 1,5 БТЕ и 1,5%. Это сообщение.

  КПД лампочки

  Если известна эффективность каждого шага, мы можем рассчитать общую эффективность производства света из угля в земле. В таблице ниже показан расчет общего КПД лампочки.

  Расчет общей эффективности электрической лампочки

  Ступенька	Ступенчатая эффективность	Суммарная эффективность или общая эффективность
  Добыча угля	96%	96%
  Транспорт	98%	94% = (0.96 х 0,98) * 100
  Производство электроэнергии	35%	33% = (0,94 х 0,35) * 100
  Передача электроэнергии	95%	31% = (0,33 х 0,95) * 100
  Освещение: Лампа накаливания	5%	1,56% = (0,31 х 0,05) * 100
  Освещение: Люминесцентная лампа	20%	6,2% = (0,31 х 0. 20) * 100

  Эффективность автомобиля

  Аналогичный анализ эффективности автомобилей показан на рисунке ниже.

  >

  Общая эффективность автомобиля

  Таблица ниже показывает, что только около 10% энергии сырой нефти в земле фактически превращается в механическую энергию, приводящую в движение людей.

  Эффективность автомобиля

  Ступенька	Ступенчатая эффективность	Суммарная эффективность или общая эффективность
  Добыча сырой нефти	96%	96%
  Переработка	87%	84%
  Транспорт	97%	81%
  Двигатель	25%	20%
  Трансмиссия	50%	10%

  Что такое эффективность производства?

  Эффективность производства, также известная как эффективность производства, определяет условия, в которых товары могут быть произведены с минимально возможными затратами на единицу продукции. Для достижения эффективности производства необходимо использовать ресурсы и минимизировать отходы, что, в свою очередь, приводит к более высоким доходам. По сути, эффективность производства — это максимальная производительность, которую вы можете получить, используя те же активы, которые у вас уже есть.

  Рассмотрение эффективности производства обычно происходит, когда система больше не может производить больше товаров, не жертвуя производством другого связанного продукта. Вместо того, чтобы просто измерять уровни производительности, эффективность производства также учитывает количество ресурсов, необходимых для производства.Это позволяет компаниям достичь хорошего баланса между минимизацией затрат и максимизацией ресурсов, сохраняя при этом хорошее качество продукции.

  Производственные предприятия осознают важность экономической эффективности. Однако это может стать проблематичным, если приоритет объекта становится слишком сосредоточенным исключительно на снижении затрат. Эффективность производства в большинстве случаев является более полезным ориентиром для менеджеров предприятий, чтобы обеспечить оптимизацию затрат без ущерба для качества продукции.

  Как рассчитать эффективность производства

  Эффективность производства рассчитывается путем сравнения фактической производительности со стандартной производительностью. В случае измерения продуктивной эффективности работника, например, коэффициент завершения работника сравнивается с базовым стандартом.

  В этом расчете стандартная производительность определяется как объем работы, который может быть выполнен в единицу времени. Это значение можно измерить с помощью исторических данных или в процессе изучения времени.

  В виде уравнения эффективность производства можно выразить следующим образом:

  Эффективность производства = (фактическая производительность / стандартная производительность) x 100%

  Возьмем этот пример работы по покраске стен офиса с общей площадью покраски 100 квадратных метров. Если стандартная скорость выполнения 100 квадратных метров составляет 30 часов, а нанятому вами рабочему потребовалось 34 часа для выполнения работы, эффективность производства можно рассчитать как:

  Фактическая производительность  = 100 квадратных метров / 34 часа = 2.94 квадратных метра/час

  Стандартная производительность  = 100 квадратных метров / 30 часов = 3,33 квадратных метра/час

  Эффективность производства = (2,94 / 3,33) x 100% = 88,29%

  Примечание. Для упрощения расчетов стандартные нормы выработки обычно представляются в виде объема работы в единицу времени (например, окрашенных квадратных метров в час).

  Пример повышения эффективности производства

  Может быть очень сложно повысить эффективность производства, если ваша компания с самого начала не знает об их отходах.Обычно это происходит с малыми предприятиями, которые расширяют свою деятельность, но при этом используют традиционные производственные процессы. Простым решением для просмотра возможностей улучшения является использование программного обеспечения CMMS.

  Возьмите случай Rug Pros, компании по чистке ковров, которая раньше управляла своим рабочим процессом с помощью листов Excel. Конечно, работа выполнялась, но не с тем уровнем информации, который могла бы предоставить современная CMMS. Позже компания выявила неэффективность старых процессов, осознав время и усилия, сэкономленные за счет перехода на CMMS, оптимизированную для мобильных устройств.

  Как повысить эффективность производства

  Чтобы обеспечить эффективное производство, предприятие должно сначала иметь надежный базовый набор данных. Предприятие может легче определить возможности для улучшения, если менеджеры учреждения знают текущий уровень эффективности. После завершения первого шага компании более эффективно оценивают результаты улучшений процессов. Некоторые ключевые способы повышения эффективности производства включают:

  Улучшение рабочих процессов

  Рабочие процессы — это процедурные шаги, которые, как правило, принимаются в качестве установленного стандарта. Хотя это может быть правдой в некоторых случаях, обратите внимание, что развитие набора навыков и технологических возможностей команды может предоставить возможности для обновления существующего рабочего процесса. Изучите свой текущий рабочий процесс и найдите потенциальные шаги, которые можно упростить.

  Обучение сотрудников

  Обучение и развитие сотрудника — непрерывный процесс. По мере того, как технологические достижения становятся более доступными, компаниям следует находить ценность в обучении сотрудников. Знания и мудрость являются ценными инструментами для избавления от неэффективности.

  Внедрение процессов профилактического обслуживания

  Нежелательные сюрпризы могут снизить производительность и эффективность команды. Используя процедуры профилактического обслуживания, команда более эффективно планирует ресурсы заранее.

  Будь организованным

  Будучи организованным, вы значительно сокращаете количество ненужных движений. Это позволяет более эффективно распределять время на действительно важные дела.

  Часто задаваемые вопросы об эффективности производства

  Как достигается оптимальная эффективность производства?

  Оптимальная эффективность достигается за счет максимально возможного исключения всех отходов из производственного процесса.В свою очередь, можно производить оптимальные продукты с наименьшим количеством ресурсов.

  Что такое неэффективное производство?

  Неэффективное производство — это состояние производства товаров, при котором используется больше ресурсов, чем требуется.

  Как компании измеряют эффективность?

  Компании могут измерять эффективность, сравнивая фактический уровень производительности, например, рабочего, со стандартным или передовым уровнем производительности.

  В чем разница между эффективностью производства и эффективностью распределения?

  Как эффективность производства, так и эффективность распределения сравнивают, насколько точно спрос соответствует выпуску.В основном они различаются конкретными аспектами производства, которые они описывают.