Ce este eficiența și cum este determinată. Eficienţă. Formula, definiție

Probabil că toată lumea s-a întrebat despre eficiența (Coeficientul de eficiență) a unui motor cu ardere internă. La urma urmei, cu cât acest indicator este mai mare, cu atât mai eficient funcționează unitatea de alimentare. Cel mai eficient pe acest moment timpul este luat în considerare tip electric, randamentul sau poate ajunge pana la 90 - 95%, dar pentru motoarele cu ardere interna, fie ele diesel sau benzina, este, ca sa spunem usor, departe de a fi ideal...

Ca să fiu sincer, atunci opțiuni moderne motoarele sunt mult mai eficiente decât omologii lor care au fost lansate acum 10 ani și există multe motive pentru aceasta. Gândiți-vă înainte, versiunea de 1,6 litri producea doar 60 - 70 CP. Și acum această valoare poate ajunge la 130 - 150 CP. Acest muncă minuțioasă pe creșterea eficienței, în care fiecare „pas” este dat prin încercare și eroare. Totuși, să începem cu o definiție.

- aceasta este valoarea raportului a două cantități, puterea care este furnizată arborelui cotit al motorului și puterea primită de piston, datorită presiunii gazelor care s-au format prin aprinderea combustibilului.

În termeni simpli, aceasta este conversia energiei termice sau termice care apare în timpul arderii unui amestec de combustibil (aer și benzină) în energie mecanică. Trebuie menționat că acest lucru s-a întâmplat deja, de exemplu, cu centralele electrice cu abur - și combustibilul, sub influența temperaturii, a împins pistoanele unităților. Cu toate acestea, instalațiile de acolo erau de multe ori mai mari, iar combustibilul în sine era solid (de obicei cărbune sau lemn de foc), ceea ce îngreuna transportul și exploatarea, era în mod constant necesar să-l „alimenteze” în cuptor cu lopeți. Motoarele cu ardere internă sunt mult mai compacte și mai ușoare decât cele „abur”, iar combustibilul este mult mai ușor de depozitat și transportat.

Mai multe despre pierderi

Dacă privim în viitor, putem spune cu încredere că eficiența motor pe benzina este în intervalul de la 20 la 25%. Și există multe motive pentru asta. Dacă luăm combustibilul primit și îl transformăm în procente, atunci se pare că obținem „100% din energie” care este transferată motorului și apoi există pierderi:

1)Eficienta consumului de combustibil . Nu tot combustibilul este ars, o mică parte din el merge cu gazele de eșapament, la acest nivel pierdem deja până la 25% eficiență. Desigur acum sisteme de combustibil Se îmbunătățesc, a apărut un injector, dar este departe de a fi ideal.

2) Al doilea este pierderile termiceȘi . Motorul se încălzește singur și multe alte elemente, cum ar fi caloriferele, corpul său și lichidul care circulă în el. De asemenea, o parte din căldură pleacă cu gazele de eșapament. Toate acestea duc la o pierdere de eficiență de până la 35%.

3) Al treilea este pierderile mecanice . PE toate tipurile de pistoane, biele, inele - toate locurile unde există frecare. Aceasta poate include și pierderi de la sarcina generatorului, de exemplu, cu cât generatorul generează mai multă energie electrică, cu atât încetinește mai mult rotația arborelui cotit. Desigur, lubrifianții au făcut progrese, dar din nou nimeni nu a reușit încă să depășească complet frecarea - pierderile sunt încă de 20%.

Astfel, concluzia este că eficiența este de aproximativ 20%! Desigur, printre opțiunile pe benzină, există opțiuni remarcabile în care această cifră este crescută la 25%, dar nu sunt multe.

Adică, dacă mașina ta consumă combustibil 10 litri la 100 km, atunci doar 2 litri dintre ei vor merge direct la lucru, iar restul sunt pierderi!

Desigur, puteți crește puterea, de exemplu, plictisind capul, vizionați un scurt videoclip.

Dacă vă amintiți formula, rezultă:

Care motor are cel mai mare randament?

Acum vreau să vorbesc despre opțiunile pe benzină și diesel și să aflu care dintre ele este cea mai eficientă.

Pentru a spune într-un limbaj simplu și fără a intra în buruienile termenilor tehnici, dacă comparați cei doi factori de eficiență, cel mai eficient dintre ei este, desigur, motorina și iată de ce:

1) Un motor pe benzină transformă doar 25% din energie în energie mecanică, dar un motor diesel transformă aproximativ 40%.

2) Dacă echipați un tip diesel cu turboalimentare, puteți obține o eficiență de 50-53%, iar acest lucru este foarte semnificativ.

Deci de ce este atât de eficient? Este simplu - în ciuda tipului similar de lucru (ambele sunt unități cu ardere internă), motorina își face treaba mult mai eficient. Are o compresie mai mare, iar combustibilul se aprinde folosind un principiu diferit. Se încălzește mai puțin, ceea ce înseamnă că există o economie la răcire, are mai puține supape (economisire la frecare) și, de asemenea, nu are bobinele de aprindere și bujiile obișnuite, ceea ce înseamnă că nu necesită costuri suplimentare de energie de la generator . Funcționează la viteze mai mici, nu este nevoie să rotiți frenetic arborele cotit - toate acestea fac din versiunea diesel un campion în ceea ce privește eficiența.

Despre eficiența combustibilului diesel

DE LA o valoare mai mare a coeficientului acțiune utilă– Urmează eficiența combustibilului. Deci, de exemplu, un motor de 1,6 litri poate consuma doar 3–5 litri în oraș, spre deosebire de tipul pe benzină, unde consumul este de 7–12 litri. Dieselul este mult mai eficient; motorul în sine este adesea mai compact și mai ușor și, de asemenea, recent, mai ecologic. Toate acestea puncte pozitive, sunt realizate datorită valorii mai mari a , există o relație directă între eficiență și compresie, vezi tabelul mic.

Cu toate acestea, în ciuda tuturor avantajelor, are și multe dezavantaje.

După cum devine clar, eficiența unui motor cu ardere internă este departe de a fi ideală, așa că viitorul aparține în mod clar opțiunilor electrice - tot ce rămâne este să găsești baterii eficiente, care să nu se teamă de îngheț și să mențină încărcarea mult timp.

Lucrul efectuat de motor este:

Acest proces a fost considerat pentru prima dată de inginerul și omul de știință francez N. L. S. Carnot în 1824 în cartea „Reflecții asupra forței motrice a focului și asupra mașinilor capabile să dezvolte această forță”.

Scopul cercetării lui Carnot a fost acela de a afla motivele imperfecțiunii motoarelor termice de atunci (aveau o eficiență ≤ 5%) și de a găsi modalități de îmbunătățire a acestora.

Ciclul Carnot este cel mai eficient dintre toate. Eficiența sa este maximă.

Figura prezintă procesele termodinamice ale ciclului. În timpul expansiunii izoterme (1-2) la temperatură T 1 , se lucrează din cauza schimbării energie internaîncălzitor, adică datorită furnizării de căldură a gazului Q:

A 12 = Q 1 ,

Răcirea gazului înainte de comprimare (3-4) are loc în timpul expansiunii adiabatice (2-3). Schimbarea energiei interne ΔU 23 în timpul unui proces adiabatic ( Q = 0) este complet transformată în lucru mecanic:

A 23 = -ΔU 23 ,

Temperatura gazului ca urmare a expansiunii adiabatice (2-3) scade la temperatura frigiderului T 2 < T 1 . În procesul (3-4), gazul este comprimat izotermic, transferând cantitatea de căldură la frigider. Î 2:

A 34 = Q 2,

Ciclul se încheie cu procesul de compresie adiabatică (4-1), în care gazul este încălzit la o temperatură T 1.

Valoarea maximă de eficiență a motoarelor termice care funcționează la gaz ideal, conform ciclului Carnot:

.

Esența formulei este exprimată în dovedit CU. Teorema lui Carnot conform căreia eficiența oricărui motor termic nu poate depăși eficiența ciclului Carnot efectuat la aceeași temperatură a încălzitorului și a frigiderului.

Eficiența este o caracteristică a eficienței de funcționare a unui dispozitiv sau mașină. Eficiența este definită ca raportul dintre energia utilă la ieșirea sistemului și cantitatea totală de energie furnizată sistemului. Eficiența este o valoare adimensională și este adesea determinată ca procent.

Formula 1 - eficienta

Unde- A muncă utilă

—Q munca totală care a fost cheltuită

Orice sistem care face orice lucru trebuie să primească energie din exterior, cu ajutorul căreia se va face munca. Luați, de exemplu, un transformator de tensiune. La intrare este furnizată o tensiune de rețea de 220 de volți, iar 12 volți este scos de la ieșire pentru a alimenta, de exemplu, o lampă cu incandescență. Deci, transformatorul convertește energia de la intrare la valoarea necesară la care va funcționa lampa.

Dar nu toată energia luată din rețea va ajunge la lampă, deoarece există pierderi în transformator. De exemplu, pierderea energiei magnetice în miezul unui transformator. Sau pierderi în rezistența activă a înfășurărilor. Unde energia electrică va fi transformată în căldură fără a ajunge la consumator. Acest energie termală este inutil în acest sistem.

Deoarece pierderile de putere nu pot fi evitate în niciun sistem, eficiența este întotdeauna sub unitate.

Eficiența poate fi luată în considerare pentru întregul sistem, constând din multe părți individuale. Deci, dacă determinați eficiența pentru fiecare parte separat, atunci eficiența totală va fi egală cu produsul coeficienților de eficiență ai tuturor elementelor sale.

În concluzie, putem spune că eficiența determină nivelul de perfecțiune al oricărui dispozitiv în sensul transmiterii sau transformării energiei. De asemenea, indică câtă energie furnizată sistemului este cheltuită pentru lucrări utile.

Definiție

Din punct de vedere matematic, definiția eficienței poate fi scrisă astfel:

Unde A- muncă utilă (energie) și Q- energia cheltuită.

Dacă eficiența este exprimată ca procent, atunci se calculează prin formula:

Unde Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- caldura preluata de la capatul rece (la masini frigorifice, capacitate de racire); A (\displaystyle A)

Termenul folosit pentru pompele de căldură este raportul de transformare

Unde Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- caldura de condensare transferata lichidului de racire; A (\displaystyle A)- munca (sau electricitatea) cheltuită în acest proces.

În mașina perfectă Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma)=Q_(\mathrm (X) )+A), de aici la mașina ideală ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)

Ciclul Carnot invers are cei mai buni indicatori de performanță pentru mașinile frigorifice: are un coeficient de performanță

Unde T Γ (\displaystyle T_(\Gamma )), T X (\displaystyle T_(\mathrm (X) )) -

Factorul de eficiență (eficiență) este o valoare care, ca procent, exprimă eficiența unui anumit mecanism (motor, sistem) în transformarea energiei primite în muncă utilă.

Citiți în acest articol

De ce eficiența motorinei este mai mare?

Indicatorul de eficiență pentru diferite motoare poate varia foarte mult și depinde de o serie de factori. au o eficienta relativ scazuta datorita un numar mare pierderi mecanice și termice care apar în timpul funcționării unei unități de putere de acest tip.

Al doilea factor este frecarea care are loc în timpul interacțiunii părților de împerechere. Cea mai mare parte a consumului de energie utilă este determinată de mișcarea pistoanelor motorului, precum și de rotația pieselor din interiorul motorului, care sunt fixate structural pe rulmenți. Aproximativ 60% din energia de ardere a benzinei este cheltuită doar pentru a asigura funcționarea acestor unități.

Pierderile suplimentare sunt cauzate de funcționarea altor mecanisme, sisteme și atașamente. Se ia în considerare și procentul de pierderi de rezistență în momentul admiterii următoarei încărcări de combustibil și aer și apoi eliberarea gazelor de eșapament din cilindrul motorului cu ardere internă.

Dacă comparați o unitate diesel și un motor pe benzină, motor diesel are o eficiență vizibil mai mare în comparație cu o unitate pe benzină. Unitățile de alimentare pe benzină au o eficiență de aproximativ 25-30% din cantitatea totală de energie primită.

Cu alte cuvinte, din 10 litri de benzină cheltuiți pentru funcționarea motorului, doar 3 litri sunt folosiți pentru a efectua lucrări utile. Restul energiei din arderea combustibilului s-a pierdut.

Cu aceeași cilindree, puterea unui motor pe benzină aspirat natural este mai mare, dar se realizează la turații mai mari. Motorul trebuie „întors”, pierderile cresc, consumul de combustibil crește. De asemenea, este necesar să menționăm cuplul, care înseamnă literalmente forța care este transmisă de la motor la roți și mișcă mașina. Motoarele cu combustie internă pe benzină ating cuplul maxim la turații mai mari.

Un motor diesel similar cu aspirație naturală atinge cuplul maxim la turații mici, în timp ce folosește mai puțin motorină pentru a face o muncă utilă, ceea ce înseamnă o eficiență mai mare și economie de combustibil.

Motorina generează mai multă căldură în comparație cu benzina, temperatura de ardere a motorinei este mai mare, iar rezistența la detonare este mai mare. Se pare că un motor diesel cu ardere internă produce o muncă mai utilă pe o anumită cantitate de combustibil.

Valoarea energetică a motorinei și a benzinei

Motorina constă din hidrocarburi mai grele decât benzina. Eficiența mai scăzută a unei unități pe benzină în comparație cu un motor diesel constă și în componenta energetică a benzinei și în caracteristicile arderii acesteia. Arderea completă a cantităților egale de motorină și benzină va produce mai multă căldură în primul caz. Căldura dintr-un motor diesel cu ardere internă este transformată mai complet în energie mecanică utilă. Se pare că atunci când ardeți aceeași cantitate de combustibil pe unitatea de timp, motorina va lucra mai mult.

De asemenea, merită luate în considerare caracteristicile de injecție și creație conditii corespunzatoare pentru arderea completă a amestecului. Într-un motor diesel, combustibilul este furnizat separat de aer; acesta este injectat nu în galeria de admisie, ci direct în cilindru la sfârșitul cursei de compresie. Rezultatul este o temperatură mai ridicată și arderea cea mai completă a unei părți din amestecul combustibil-aer de lucru.

Rezultate

Designerii se străduiesc în mod constant să îmbunătățească eficiența motoarelor diesel și pe benzină. Creșterea numărului de supape de admisie și evacuare pe cilindru, utilizarea activă, controlul electronic al injecției de combustibil, supapa de accelerație și alte soluții pot crește semnificativ eficiența. Acest lucru se aplică într-o măsură mai mare motorului diesel.

Datorită acestor caracteristici, un motor diesel modern este capabil să ardă complet o porțiune de motorină saturată cu hidrocarburi în cilindru și să producă un cuplu ridicat la turații mici. Turația scăzută înseamnă mai puțină pierdere prin frecare și rezistență rezultată. Din acest motiv, motorul diesel este astăzi unul dintre cele mai productive și mai economice tipuri de motoare cu ardere internă, a căror eficiență depășește adesea 50%.

Citeste si

De ce este mai bine să încălziți motorul înainte de a conduce: lubrifiere, combustibil, uzura pieselor reci. Cum să încălziți corect un motor diesel iarna.