Bepaling van het motorrendement. Wat is efficiëntie?

Waarschijnlijk vroeg iedereen zich af wat het rendement (Coefficient of Efficiency) van een verbrandingsmotor was. Immers, hoe hoger deze indicator, hoe efficiënter de power unit werkt. De meest effectieve op dit moment wordt beschouwd als elektrisch type, het rendement kan oplopen tot 90 - 95%, maar voor verbrandingsmotoren, of het nu diesel of benzine is, is het op zijn zachtst gezegd verre van ideaal ...

Om eerlijk te zijn, moderne opties motoren zijn veel efficiënter dan hun tegenhangers, die 10 jaar geleden zijn uitgebracht, en daar zijn veel redenen voor. Denk zelf na voordat de 1,6-liter versie slechts 60 - 70 pk produceerde. En nu kan deze waarde 130 - 150 pk bereiken. Dit is een nauwgezet werk om de efficiëntie te verhogen, waarbij elke "kleine stap" met vallen en opstaan ​​wordt gegeven. Laten we echter beginnen met een definitie.

Is de waarde van de verhouding van twee grootheden, het vermogen dat wordt geleverd aan de krukas van de motor tot het vermogen dat door de zuiger wordt ontvangen, vanwege de druk van de gassen die worden gevormd door de ontsteking van de brandstof.

In eenvoudige bewoordingen is dit de omzetting van thermische of thermische energie, die optreedt tijdens de verbranding van een brandstofmengsel (lucht en benzine) in mechanische energie. Opgemerkt moet worden dat dit al is gebeurd, bijvoorbeeld met stoom energiecentrales- ook de brandstof, onder invloed van temperatuur, duwde de zuigers van de units. De installaties daar waren echter vele malen groter en de brandstof zelf was vast (meestal kolen of brandhout), waardoor het moeilijk te transporteren en te bedienen was, het was constant nodig om met schoppen in de oven te "voeden". Verbrandingsmotoren zijn veel compacter en lichter dan "stoommotoren", en brandstof is veel gemakkelijker op te slaan en te vervoeren.

Meer over verliezen

Vooruitkijkend kunnen we vol vertrouwen zeggen dat het rendement van een benzinemotor tussen de 20 en 25% ligt. En daar zijn veel redenen voor. Als we de inkomende brandstof nemen en deze opnieuw berekenen als een percentage, krijgen we een soort van "100% van de energie", die wordt overgedragen aan de motor, en dan volgen de verliezen:

1)Brandstofefficiëntie ... Niet alle brandstof verbrandt, een klein deel ervan vertrekt met uitlaatgassen, op dit niveau verliezen we al tot 25% efficiëntie. Natuurlijk, nu de brandstofsystemen verbeteren, is er een injector verschenen, maar het is verre van ideaal.

2) De tweede is warmteverlies.en ... De motor verwarmt zichzelf en vele andere elementen, zoals radiatoren, zijn lichaam, de vloeistof die erin circuleert. Ook verdwijnt een deel van de warmte met de uitlaatgassen. Dit alles is nog steeds tot 35% rendementsverlies.

3) De derde is mechanische verliezen ... OP alle soorten zuigers, drijfstangen, ringen - alle plaatsen waar wrijving is. Dit kunnen ook verliezen door de generatorbelasting omvatten, bijvoorbeeld, hoe meer elektriciteit de generator opwekt, hoe meer deze de rotatie van de krukas vertraagt. Natuurlijk zijn smeermiddelen ook naar voren gestapt, maar nogmaals, niemand is er nog in geslaagd om wrijving volledig te verslaan - nog een verlies van 20%

Dus, de bottom line, de efficiëntie is ongeveer 20%! Natuurlijk zijn er van de benzine-opties uitstekende opties, waarbij deze indicator wordt verhoogd tot 25%, maar er zijn er niet zo veel.

Dat wil zeggen, als uw auto 10 liter brandstof per 100 km verbruikt, gaat er slechts 2 liter rechtstreeks naar het werk en de rest is verlies!

Natuurlijk kun je het vermogen vergroten, bijvoorbeeld door het hoofd te boren, bekijk een korte video.

Als u zich de formule herinnert, blijkt:

Welke motor heeft het hoogste rendement?

Nu wil ik het hebben over benzine- en dieselopties en uitzoeken welke daarvan het meest efficiënt is.

Om het simpel te zeggen en niet in de jungle van technische termen te gaan, dan - als je twee efficiëntiefactoren vergelijkt - is diesel natuurlijk efficiënter, en dit is waarom:

1) Gasmotor zet slechts 25% van de energie om in mechanisch, maar diesel ongeveer 40%.

2) Als u het dieseltype uitrust met een turbolader, kunt u een efficiëntie van 50-53% behalen, en dit is zeer significant.

Dus waarom is het zo effectief? Alles is eenvoudig - ondanks het soortgelijk werk (beide zijn verbrandingsmotoren), doet de diesel zijn werk veel efficiënter. Het heeft een grotere compressie en de brandstof ontsteekt vanuit een ander principe. Hij warmt minder op waardoor er bespaard wordt op koeling, hij heeft minder kleppen (besparing op wrijving), hij heeft ook niet de gebruikelijke bobines en kaarsen waardoor er geen extra energiekosten van de generator nodig zijn. Het werkt bij lagere toerentallen, u hoeft de krukas niet gek te laten draaien - dit alles maakt de dieselversie tot een kampioen in efficiëntie.

Over dieselbrandstofefficiëntie:

VAN meer hoge waarde coëfficiënt nuttige actie- volgt en brandstofefficiëntie... Zo kan een 1,6-liter motor bijvoorbeeld slechts 3 - 5 liter verbruiken in de stad, in tegenstelling tot het benzinetype, waar het verbruik 7 - 12 liter is. Een dieselmotor heeft veel, de motor zelf is vaak compacter en lichter, evenals in De laatste tijd en milieuvriendelijker. Al deze positieve aspecten worden bereikt dankzij: meer betekenis, er is een directe relatie tussen efficiëntie en compressie, zie een kleine tabel.

Ondanks alle voordelen heeft het echter ook veel nadelen.

Zoals duidelijk wordt, is de efficiëntie van een verbrandingsmotor verre van ideaal, dus de toekomst ligt zeker in elektrische opties - het enige dat overblijft is om efficiënte batterijen te vinden die niet bang zijn voor vorst en die lang opgeladen blijven.

Definitie

Wiskundig kan de definitie van efficiëntie worden geschreven als:

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

waar EEN- nuttig werk (energie), en Q- verbruikte energie.

Als de efficiëntie wordt uitgedrukt als een percentage, wordt deze berekend met de formule:

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

waar Q X (\ displaystyle Q _ (\ mathrm (X)))- warmte onttrokken aan het koude uiteinde (in koelmachines koelcapaciteit); A (\ weergavestijl A)

Gebruik voor warmtepompen de term transformatieverhouding

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

waar Q Γ (\ Displaystyle Q _ (\ Gamma))- condensatiewarmte overgedragen aan de warmtedrager; A (\ weergavestijl A)- de werkzaamheden die aan dit proces (of elektriciteit) zijn besteed.

In een perfecte auto Q Γ = Q X + A (\ displaystyle Q _ (\ Gamma) = Q _ (\ mathrm (X)) + A), dus voor de perfecte auto ε Γ = ε X + 1 (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gamma) = \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) +1)

De omgekeerde Carnot-cyclus heeft de beste prestatie-indicatoren voor koelmachines: het heeft een koelcoëfficiënt

ε = T X T Γ - T ​​​​X (\ displaystyle \ varepsilon = (T _ (\ mathrm (X)) \ over (T _ (\ Gamma) -T _ (\ mathrm (X)))))),

waar T Γ (\ Displaystyle T _ (\ Gamma)), T X (\ displaystyle T _ (\ mathrm (X))) -

NUTTIGE ACTIECOFFICINT (rendement) kenmerk van het rendement van het systeem (apparaat, machine) in relatie tot energieomzetting; wordt bepaald door de verhouding van de gebruikte nuttige energie (omgezet in arbeid in een cyclisch proces) tot de totale hoeveelheid energie die aan het systeem wordt overgedragen.

efficiëntie

(efficiëntie), kenmerkend voor het rendement van het systeem (apparaat, machine) met betrekking tot de omzetting of transmissie van energie; wordt bepaald door de verhouding van bruikbare energie die wordt gebruikt tot de totale hoeveelheid energie die door het systeem wordt ontvangen; meestal aangeduid met h = Wpol / Wcym.

In elektromotoren is efficiëntie de verhouding tussen het uitgevoerde (nuttige) mechanische werk en de elektrische energie die van de bron wordt ontvangen; in warmtemotoren, de verhouding tussen nuttig mechanisch werk en de verbruikte hoeveelheid warmte; in elektrische transformatoren, de verhouding van de elektromagnetische energie die wordt ontvangen in de secundaire wikkeling tot de energie die wordt verbruikt in de primaire wikkeling. Efficiëntie berekenen: verschillende soorten energie en mechanisch werk worden uitgedrukt in dezelfde eenheden op basis van het mechanische equivalent van warmte en andere vergelijkbare verhoudingen. Vanwege zijn algemeenheid maakt het concept van efficiëntie het mogelijk om vanuit een uniform gezichtspunt te vergelijken en te evalueren: verschillende systemen, zoals kernreactoren, elektrische generatoren en motoren, thermische centrales, halfgeleiderapparaten, biologische objecten, enz.

Door het onvermijdelijke verlies van energie voor wrijving, voor verwarming van de omringende lichamen, enz., is het rendement altijd minder dan één. Dienovereenkomstig wordt efficiëntie uitgedrukt als een fractie van de verbruikte energie, dat wil zeggen in de vorm van een correcte fractie of als een percentage, en is een dimensieloze grootheid. Het rendement van thermische centrales bereikt 35-40%, verbrandingsmotoren ≈ 40-50%, dynamo's en krachtige generatoren ≈95%, transformatoren ≈98%. De efficiëntie van het fotosyntheseproces is meestal 6-8%, in chlorella bereikt het 20-25%. In warmtemotoren heeft de efficiëntie vanwege de tweede wet van de thermodynamica een bovengrens die wordt bepaald door de eigenaardigheden van de thermodynamische cyclus (circulair proces) die de werkende substantie uitvoert. De Carnot-cyclus heeft het hoogste rendement.

Maak onderscheid tussen de efficiëntie van een afzonderlijk element (fase) van een machine of apparaat en efficiëntie, die de hele keten van energieomzettingen in het systeem kenmerkt. De efficiëntie van het eerste type kan, in overeenstemming met de aard van energieconversie, mechanisch, thermisch, enz. zijn. Het tweede type omvat algemene, economische, technische en andere soorten efficiëntie. Het totale systeemrendement is gelijk aan het product van het partiële rendement, of staprendement.

In de technische literatuur wordt het rendement soms zo bepaald dat het groter kan zijn dan één. Een soortgelijke situatie doet zich voor als het rendement wordt bepaald door de verhouding Wpol / Wsatr, waarbij Wpol ≈ de energie die wordt gebruikt aan de "uitgang" van het systeem, Wsatr ≈ niet alle energie die het systeem binnenkomt, maar alleen dat deel ervan, waarvoor echte kosten worden gemaakt. Wanneer bijvoorbeeld halfgeleider thermo-elektrische verwarmers (warmtepompen) werken, is het stroomverbruik lager dan de hoeveelheid warmte die vrijkomt door het thermo-element. Overtollige energie wordt onttrokken aan omgeving... In dit geval, hoewel het werkelijke rendement van de installatie minder dan één is, kan het beschouwde rendement h = Wpol / Watr meer dan één blijken te zijn.

Lit.: Artobolevsky II, Theorie van mechanismen en machines, 2e druk, Moskou-Leningrad, 1952; Algemene verwarmingstechniek, uitg. S. Ya Kornitskiy en Ya M. Rubinshtein, 2e druk, Moskou-Leningrad, 1952; Algemene elektrotechniek, Moskou - Leningrad, 1951; Vukalovich MP, Novikov II, Technische Thermodynamica, 4e druk, Moskou, 1968.

Wikipedia

efficiëntie

efficiëntie (efficiëntie) - een kenmerk van de efficiëntie van het systeem met betrekking tot de transformatie of transmissie van energie. Het wordt bepaald door de verhouding van bruikbare energie die wordt gebruikt tot de totale hoeveelheid energie die door het systeem wordt ontvangen; wordt meestal aangeduid met η. Efficiëntie is een dimensieloze grootheid en wordt vaak gemeten als een percentage.

Het is bekend dat Elektrische energie verzonden over lange afstanden bij spanningen die hoger zijn dan het niveau dat door consumenten wordt gebruikt. Het gebruik van transformatoren is noodzakelijk om spanningen om te zetten naar de vereiste waarden, om de kwaliteit van het krachtoverbrengingsproces te verhogen en ook om de resulterende verliezen te verminderen.

Beschrijving en werkingsprincipe van de transformator:

Een transformator is een apparaat dat wordt gebruikt om de spanning te verlagen of te verhogen, het aantal fasen te wijzigen en, in zeldzame gevallen, de frequentie van een wisselstroom te wijzigen.

Bestaat de volgende soorten: apparaten:

• stroom;
• meten;
• laag vermogen;
• impuls;
• piek transformatoren.

Het statische apparaat bestaat uit de volgende hoofd structurele elementen: twee (of meer) wikkelingen en een magnetisch circuit, ook wel kern genoemd. In transformatoren wordt spanning toegepast op de primaire wikkeling en van de secundaire wordt deze al in een geconverteerde vorm verwijderd. De wikkelingen zijn inductief gekoppeld door magnetisch veld in de kern.

Samen met andere omvormers hebben transformatoren een efficiëntie (afgekort - efficiëntie), Met symbool... Deze verhouding is de verhouding tussen de efficiënt gebruikte energie en de verbruikte energie van het systeem. Het kan ook worden uitgedrukt als de verhouding tussen het vermogen dat wordt verbruikt door de belasting en het vermogen dat wordt verbruikt door het apparaat van het netwerk. Efficiëntie verwijst naar een van de primaire parameters die de efficiëntie van het werk dat door de transformator wordt uitgevoerd, kenmerken.

Soorten transformatorverliezen

Het proces van het overbrengen van elektriciteit van de primaire wikkeling naar de secundaire gaat gepaard met verliezen. Om deze reden wordt niet alle energie overgedragen, maar het meeste wel.

Het ontwerp van het apparaat voorziet niet in roterende delen, in tegenstelling tot andere elektrische machines. Dit verklaart de afwezigheid van mechanische verliezen erin.

Het apparaat heeft dus de volgende verliezen:

• elektrisch, in koperen wikkelingen;
• magnetisch, in het staal van de kern.

Energiediagram en de wet van behoud van energie

Het werkingsprincipe van het apparaat kan schematisch worden weergegeven in de vorm van een energiediagram, zoals weergegeven in figuur 1. Het diagram geeft het proces van energieoverdracht weer, waarbij elektrische en magnetische verliezen worden gevormd .

Volgens het diagram is de formule voor het bepalen van het effectieve vermogen P2 als volgt:

P 2 = P 1 -ΔP el1 -ΔP el2 -ΔP m (1)

waarbij, P 2 - nuttig, en P 1 - stroomverbruik van het apparaat van het netwerk.

Na de totale verliezen ΔP te hebben aangegeven, ziet de wet van behoud van energie er als volgt uit: P 1 = ΔP + P 2 (2)

Uit deze formule blijkt dat P 1 wordt uitgegeven aan P 2, evenals aan totale verliezen ΔP. Daarom wordt het rendement van de transformator verkregen in de vorm van de verhouding van het gegeven (nuttige) vermogen tot het verbruikte (de verhouding van P 2 en P 1).

Bepaling van efficiëntie

Met de vereiste nauwkeurigheid voor het berekenen van het apparaat, kunnen de eerder afgeleide waarden van de efficiëntie worden gehaald uit tabel 1:

Zoals weergegeven in de tabel, hangt de waarde van de parameter rechtstreeks af van het totale vermogen.

Bepaling van efficiëntie door directe meting

De formule voor het berekenen van het rendement kan in verschillende versies worden gepresenteerd:

Deze uitdrukking geeft duidelijk weer dat de waarde van het rendement van de transformator niet meer dan één is, en ook niet gelijk daaraan.

De volgende uitdrukking definieert de nettovermogenswaarde:

P 2 = U 2 * J 2 * cosφ 2, (4)

waarbij U 2 en J 2 de secundaire spanning en stroom van de belasting zijn, en cosφ 2 de arbeidsfactor, waarvan de waarde afhangt van het type belasting.

Aangezien P 1 = ΔP + P 2 heeft formule (3) de volgende vorm:

De elektrische verliezen van de primaire wikkeling ΔP el1n hangen af ​​van het kwadraat van de stroom die erin vloeit. Daarom moeten ze als volgt worden gedefinieerd:

(6)

Beurtelings:

(7)

waarbij r mp de actieve wikkelingsweerstand is.

Aangezien de werking van het elektromagnetische apparaat niet beperkt is tot de nominale modus, vereist het bepalen van de mate van stroombelasting het gebruik van een belastingsfactor, die gelijk is aan:

β = J 2 / J 2n, (8)

waarbij J 2n de nominale stroom van de secundaire wikkeling is.

Vanaf hier schrijven we uitdrukkingen op voor het bepalen van de secundaire wikkelstroom:

J 2 = β * J 2n (9)

Als we deze gelijkheid in formule (5) vervangen, krijgen we de volgende uitdrukking:

Merk op dat om de waarde van de efficiëntie te bepalen, gebruik makend van laatste uitdrukking, aanbevolen door GOST.

Samenvattend de gepresenteerde informatie, merken we op dat het mogelijk is om de efficiëntie van de transformator te bepalen door de waarden van het vermogen van de primaire en secundaire wikkeling van het apparaat in de nominale modus.

Bepaling van efficiëntie door een indirecte methode

Vanwege de grote waarden van de efficiëntie, die gelijk kan zijn aan 96% of meer, evenals de inefficiëntie van de methode van directe metingen, berekent u de parameter met hoge graad nauwkeurigheid is niet mogelijk. Daarom wordt de bepaling ervan meestal indirect uitgevoerd.

Als we alle verkregen uitdrukkingen samenvatten, verkrijgen we de volgende formule voor het berekenen van de efficiëntie:

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

Samenvattend moet worden opgemerkt dat: hoog tarief Efficiëntie getuigt van de efficiënt geproduceerde werking van het elektromagnetische apparaat. Verliezen in de wikkelingen en het staal van de kern, volgens GOST, worden bepaald door ervaring of door kortsluiting, en maatregelen om ze te verminderen zullen helpen om de maximaal mogelijke waarden van de efficiëntie te bereiken, waarnaar moet worden gestreefd .

Het is bekend dat een perpetuum mobile onmogelijk is. Dit komt door het feit dat voor elk mechanisme de bewering waar is: het volledige werk dat met behulp van dit mechanisme wordt uitgevoerd (inclusief het verwarmen van het mechanisme en de omgeving, het overwinnen van de wrijvingskracht) is altijd groter nuttig werk.

Meer dan de helft van het werk van een verbrandingsmotor gaat bijvoorbeeld verloren aan verwarming. onderdelen motor; een deel van de warmte wordt afgevoerd door de uitlaatgassen.

Het is vaak nodig om de effectiviteit van het mechanisme en de geschiktheid van het gebruik ervan te beoordelen. Daarom, om te berekenen hoeveel van het verrichte werk wordt verspild en hoeveel nuttig, een speciale fysieke hoeveelheid, waaruit de effectiviteit van het mechanisme blijkt.

Deze waarde wordt de efficiëntiecoëfficiënt van het mechanisme genoemd

De efficiëntie van het mechanisme is gelijk aan de verhouding tussen nuttige arbeid en totale arbeid. Uiteraard is de efficiëntie altijd minder dan één. Deze waarde wordt vaak uitgedrukt als een percentage. Meestal wordt het aangeduid met de Griekse letter η (lees "dit"). In verkorte vorm wordt het rendement geregistreerd als het rendement.

η = (A_full / A_nuttig) * 100%,

waar η efficiëntie, A_full vol werk, A_ nuttig nuttig werk.

Van de motoren heeft de elektromotor het hoogste rendement (tot 98%). Het rendement van verbrandingsmotoren is 20% - 40%, stoomturbine ongeveer 30%.

Merk op dat voor het verhogen van de efficiëntie van het mechanisme probeer vaak de wrijvingskracht te verminderen. Dit kan met verschillende smeermiddelen of kogellagers waarbij glijdende wrijving wordt vervangen door rollende wrijving.

Voorbeelden van efficiëntieberekeningen

Laten we naar een voorbeeld kijken. Een fietser met een gewicht van 55 kg beklom een ​​heuvel met een gewicht van 5 kg op een heuvel, waarvan de hoogte 10 m is, terwijl hij een werk van 8 kJ deed. Vind de efficiëntie van uw fiets. Houd geen rekening met de rolwrijving van de wielen op de weg.

Oplossing. Laten we het totale gewicht van de fiets en de fietser vinden:

m = 55 kg + 5 kg = 60 kg

Laten we hun totale gewicht vinden:

P = mg = 60 kg * 10 N / kg = 600 N

Laten we een klus zoeken voor het optillen van een fiets en een fietser:

A nuttig = PS = 600 N * 10 m = 6 kJ

Laten we de efficiëntie van de fiets vinden:

A_vol / A_nuttig * 100% = 6 kJ / 8 kJ * 100% = 75%

Antwoord: Het rendement van de fiets is 75%.

Laten we nog een voorbeeld nemen. Aan het uiteinde van de hefboomarm hangt een massa m. Een neerwaartse kracht F wordt uitgeoefend op de andere schouder en het uiteinde wordt neergelaten tot h. Zoek uit hoeveel het lichaam is gestegen als de efficiëntie van de hendel η% is.

Oplossing. Laten we het werk vinden dat wordt gedaan door de kracht F:

η% van dit werk wordt gedaan om een ​​lichaam met massa m op te tillen. Bijgevolg wordt Fhη / 100 besteed aan het optillen van het lichaam. Aangezien het lichaamsgewicht gelijk is aan mg, is het lichaam gestegen tot de hoogte Fhη / 100 / mg.