Účinnosť (technika)

Z Wikipédie

Účinnosť je bezrozmerné číslo, ktoré vyjadruje ako blízko k ideálnemu procesu prebieha proces v hodnotenom stroji, alebo zariadení. Účinnosť sa vypočíta ako podiel sledovanej veličiny na výstupe zariadenia k sledovanej veličine na vstupe zariadenia v rovnakom časovom úseku. Ideálny proces má účinnosť 100 %. Doplnok účinnosti do 100 % hodnotí veľkosť strát procesu.

Pre označenie účinnosti sa obvykle používa grécke písmeno η (eta). Všeobecne môžeme zapísať:

η = $\frac{A_o}{A_p} = \frac{A_p - As}{A_p} = 1 - \frac{A_s}{A_p}$

η - účinnosť
A_o - sledovaná veličina na výstupe (odvedená)
A_p - sledovaná veličina na vstupe (privedená)
A_s - nevyužitá časť veličiny (strata)

Účinnosť sa najčastejšie používa pre porovnanie energií (napr. mechanická práca) alebo výkonu, ale pre rôzne technické aplikácie môžu byť sledované veličiny aj iné (napríklad objem). Dôležité je aby boli porovnávané veličiny ekvivalentné, t.j. mali rovnaké fyzikálne jednotky.

Účinnosťou môžme hodnotiť zariadenie ako celok, alebo môžme hodnotiť len časť procesu (funkcie) zariadenia, alebo porovnávať reálne zariadenie s jeho teoretickým alebo iným modelom.

Pri porovnávaní energií môžme hodnotiť účinnosť prenosu - napríklad v prevodovke automobilu je na vstupe aj na výstupe mechanická práca, alebo účinnosť premeny energie - napríklad v spaľovacom motore je na vstupe chemická energia v palive a na výstupe mechanická práca.

Z vyššie uvedeného vyplýva, že v rámci technických zariadení môžme definovať a použiť veľké množstvo účinností. V skutočnosti sa tak aj deje, jednotlivé účinnosti majú svoje ustálené pomenovanie a označenie indexom pri znaku η.

Obsah

1 Energetické hodnotenie strojov
2 Energetické hodnotenie tepelných strojov
3 Vzťahy medzi účinnosťami
- 3.1 Porovnávacia účinnosť
4 Príklady ďalších účinností
5 Zdroje

[úprava] Energetické hodnotenie strojov

[úprava] Efektívna účinnosť

Efektívna účinnosť, alebo aj celková energetická účinnosť sa používa na popis účinnosti celého zariadenia. Vypočíta sa z pomeru hodnôt energie privedenej do zariadenia a energie odvedenej zo zariadenia, čo je veľmi často mechanická práca. Efektívna účinnosť sa označuje symbolom η_e. Doplnok (výraz 1 - η_e) popisuje celkové straty zariadenia.

Príklad:

Efektívna účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:

η_e = $\frac{W_e}{Q_d}$

W_e - efektívna (užitočná) práca (v kJ) ktorú spaľovací motor odovzdá na výstupnom hriadeli
Q_d - chemická energia dodaná v palive (v kJ) daná výhrevnosťou a množstvom zmesi

alebo aj:

η_e = $\frac{3600}{m_{pe} . H_u}$

m_pe - efektívna merná spotreba paliva (g.kW^-1.h^-1)
H_u - dolná výhrevnosť paliva (v MJ.kg^-1)

[úprava] Mechanická účinnosť

Mechanická účinnosť sa používa na popis účinnosti mechanických častí zariadenia. Vypočíta sa z pomeru hodnôt mechanickej práce na vstupe zariadenia (alebo časti zariadenia) a mechanickej práce odvedenej zo zariadenia (jeho časti). Mechanická účinnosť sa označuje symbolom η_m. Doplnok (výraz 1 - η_m) popisuje straty spôsobené pasívnymi odpormi (napríklad trenim), prácu použitú na pohon pomocných zariadení a podobne.

Príklad:

Mechanická účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:

η_m = $\frac{W_e}{W_i}$

W_e - efektívna (užitočná) práca (v kJ) ktorú spaľovací motor odovzdá na výstupnom hriadeli
W_i - indikovaná práca (v kJ) t.j. práca ktorú je schopný vykonať pracovný plyn vo valci závisiaca od priebehu tlaku počas zdvihu piesta.

[úprava] Exergetická účinnosť

Exergetická účinnosť sa používa na popis účinnosti celého zariadenia zo zohľadnením iba diponibilnej časti energie vzhľadom na stav okolia takzvanej exergie. Berie do úvahy nielen množstvo, ale aj kvalitu privedenej enrgie. Vypočíta sa z pomeru hodnôt exergie privedenej do zariadenia a energie odvedenej zo zariadenia, čo je veľmi často mechanická práca. Exergetická účinnosť sa označuje symbolom η_ex. Doplnok (výraz 1 - η_ex) popisuje exergetické straty zariadenia.

Príklad:

Exergetická účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:

η_ex = $\frac{W_e}{E_{ex}}$

W_e - efektívna (užitočná) práca (v kJ) ktorú spaľovací motor odovzdá na výstupnom hriadeli
E_ex - exergia dodaná v palive (v kJ)

[úprava] Energetické hodnotenie tepelných strojov

[úprava] Chemická účinnosť

Chemická účinnosť sa používa pre popis účinnosti spaľovania v tepelých strojoch, ktoré získavajú energiu spaľovaním paliva. Vypočíta sa z pomeru hodnôt energie privedenej v palive a energie z paliva skutočne uvoľnenej. Chemická účinnosť sa označuje symbolom η_ch. Doplnok (výraz 1 - η_ch) popisuje straty tepla spôsobené nedokonalým spaľovaním, a straty tepla pri disociácii molekúl plynu.

Príklad:

Chemická účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:

η_ch = $\frac{Q_p}{Q_d}$

Q_p - tepelná energia uvoľnená spálením paliva, alebo množstvo tepla privedené do pracovného obehu
Q_d - chemická energia dodaná v palive (v kJ) daná výhrevnosťou a množstvom zmesi

[úprava] Tepelná účinnosť

Bližšie informácie v hlavnom článku: Termodynamická účinnosť

Tepelná účinnosť, alebo aj termická účinnosť, alebo termodynamická účinnosť vyjadruje teoretickú účinnosť daného tepelného cyklu. Tepelná účinnosť sa označuje symbolom η_t. Doplnok (výraz 1 - η_t) popisuje tepelné straty vyplývajúce z prvého termodynamického zákona.

Príklad:

Tepelná účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:

η_t = $\frac{W_t}{Q_p}$

W_t - teoretická práca zodpovedajúceho teoretického pracovného cyklu
Q_p - tepelná energia (v kJ) uvoľnená spálením paliva, alebo množstvo tepla privedené do pracovného obehu

[úprava] Koeficient plnosti indikátorového diagramu

Koeficient plnosti indikátorového diagramu je špecifická porovnávacia veličina v oblasti spaľovacích motorov. Pretože jej definícia zodpovedá všeobecnému chápaniu účinnosti, je zaradená na tomto mieste. Používa sa pre popis účinnosti skutočného pracovného obehu motora, oproti jeho teoretickému modelu. Vypočíta sa z pomeru hodnôt práce zodpovedajúcej teoretickému obehu pri rovnakých podmienkach a indikovanej práce (vypočítanej z meraných-indikovaných hodnôt tlaku priamo v spaľovacom priestore) skutočného obehu. Koeficient plnosti indikátorového diagramu sa označuje symbolom η_p. Doplnok (výraz 1 - η_p) popisuje tepelné straty reálneho obehu dané nevratnosťou dejov, prestupom tepla, konečnou rýchlosťou spaľovania, zmenami tepelných kapacít plynu, časovaním rozvodov, netesnosťami a podobne.

Príklad:

Koeficient plnosti indikátorového diagramu sa vypočíta ako:

η_p = $\frac{W_i}{W_t}$

W_i - indikovaná práca (v kJ) t.j. práca ktorú je schopný vykonať pracovný plyn vo valci závisiaca od priebehu tlaku počas zdvihu piesta.
W_t - teoretická práca zodpovedajúceho teoretického pracovného cyklu

[úprava] Indikovaná účinnosť

Indikovaná účinnosť sa používa špeciálne v oblasti spaľovacích motorov. Vypočíta sa z pomeru hodnôt energie privedenej v palive a indikovanej práce skutočného obehu. Indikovaná účinnosť sa označuje symbolom η_i a vyjadruje vnútornú účinnosť spaľovacieho motora.

Príklad:

Indikovaná účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:

η_i = $\frac{W_i}{Q_d}$

W_i - indikovaná práca (v kJ) t.j. práca ktorú je schopný vykonať pracovný plyn vo valci závisiaca od priebehu tlaku počas zdvihu piesta.
Q_d - chemická energia dodaná v palive (v kJ) daná výhrevnosťou a množstvom zmesi

alebo aj:

η_i = $\frac{3600}{m_{pi} . H_u}$

m_pi - indikovaná merná spotreba paliva (g.kW-1.h-1)
H_u - dolná výhrevnosť paliva (v MJ.kg-1)

[úprava] Vzťahy medzi účinnosťami

Ak je na jednom zariadení určených viac účinností, medzi niektorými z nich je možné napísať konkrétne závislosti. Vyššie uvedené príklady boli zvolené zámerne. Ich porovnaním je možné odvodiť nasledovné vzťahy:

η_e = η_ch.η_t.η_p.η_m pretože η_e =
- η_e - efektívna účinnosť
- η_ch - chemická účinnosť
- η_t - tepelná účinnosť
- η_p - koeficient plnosti indikátorového diagramu
- η_m - mechanická účinnosť
η_i = η_ch.η_t.η_p pretože η_e =
- η_i - indikovaná účinnosť
- η_ch - chemická účinnosť
- η_t - tepelná účinnosť
- η_p - koeficient plnosti indikátorového diagramu
η_e = η_i.η_m
- η_e - efektívna účinnosť
- η_i - indikovaná účinnosť
- η_m - mechanická účinnosť

[úprava] Porovnávacia účinnosť

Porovnávacia účinnosť sa používa v oblasti spaľovacích motorov na vzájomné porovnávanie jednotlivých konštrukčných riešení, pretože vyjadruje dokonalosť pracovného obehu. Označuje sa symbolom η_pi.

η_pi = $\frac{\eta_i}{\eta_t}$

η_i - indikovaná účinnosť
η_t - tepelná účinnosť

[úprava] Príklady ďalších účinností

[úprava] Plniaca účinnosť

Plniaca účinnosť vyjadruje stupeň naplnenia valcov spaľovacieho motora čerstvou zmesou. Je to pomer skutočného množstva čerstvej náplne, ktorá zostane vo valci v okamihu zatvorenia sacieho ventilu a teoreticky možného množstva, zodpovedajúceho zdvihovému objemu valca a podmienkam stavu vzduchu (tlak a teplota) pred vstupom do nasávacieho potrubia. Plniaca účinnosť sa označuje znakom η_pl. Túto teoretickú hodnotu je v praxi obťažné zmerať.

η_pl = $\frac{M_e}{M_z} = \frac{M_e}{\rho_0 . V_z}$

M_e - hmotnosť čerstvej náplne, ktorá zostane vo valci na jeden pracovný cykus (kg)
M_z - teoreticky možná hmotnosť náplne vo zdvihovom objeme na jeden pracovný cykus (kg)
ρ₀ - hustota vzduchu pred vstupom do nasávacieho potrubia, resp. za dúchadlom pri prepĺňaných motoroch (kg.m^-3)
V_z - zdvihový objem valca (m³)

[úprava] Objemová účinnosť

Objemová účinnosť, alebo volumetrická účinnosť sa v praxi používa ako náhrada plniacej účinnosti. Vyjadruje tiež stupeň naplnenia valcov spaľovacieho motora ale pomocou lepšie merateľných veličín. Je to pomer množstva čerstvej náplne, ktorá prejde plniacim traktom a teoreticky možného množstva, zodpovedajúceho zdvihovému objemu valca. Objemová účinnosť sa označuje znakom η_v. Pre neprepĺňané štvortaktné motory s malým prekrytím ventilov platí η_v ≈ η_pl

η_v = $\frac{V_s}{V_z}$

V_s - množstvo čerstvej náplne, ktorá prešla plniacim traktom (m³)
V_z - zdvihový objem valca (m³)

[úprava] Kvantitatívna účinnosť vyplachovania

Kvantitatívna účinnosť vyplachovania sa používa na hodnotenie vyplachovacieho procesu dvojtaktných spaľovacích motorov. Je to pomer množstva čerstvej náplne, ktorá zostala vo valci po uzatvorení výfukového kanála (ventilu)a množstva náplne ktorá prejde plniacim traktom. Kvantitatívna účinnosť vyplachovania sa označuje znakom η_kvant.

η_kvant = $\frac{M_e}{M_s} = \frac{\eta pl}{\eta_v}$

M_e - hmotnosť čerstvej náplne, ktorá zostala vo valci na jeden pracovný cykus (kg)
M_s - hmotnosť čerstvej náplne, ktorá prešla plniacim traktom (kg)
η_pl - plniaca účinnosť
η_v - objemová účinnosť

[úprava] Kvalitatívna účinnosť vyplachovania

Kvanlitatívna účinnosť vyplachovania sa používa na hodnotenie vyplachovacieho procesu dvojtaktných spaľovacích motorov z pohľadu zloženia (kvality) náplne vo valci po uzavretí kanálov. Je to pomer množstva čerstvej náplne, ktorá zostala vo valci po uzatvorení výfukového kanála k súčtu tohto množstva a množstva zvyškových spalín z predchádzajúceho obehu. Kvalitatívna účinnosť vyplachovania sa označuje znakom η_kval.

η_kval = $\frac{M_e}{M_e + Mzv } = \frac{\eta pl}{\eta_v}$

M_e - hmotnosť čerstvej náplne, ktorá zostala vo valci na jeden pracovný cykus (kg)
M_zv - hmotnosť spalín, ktoré zostali vo valci po predchádzajúcom obehu (kg)

[úprava] Zdroje

Trnka J., Urban J.: Spaľovacie motory. Alfa Bratislava, 1992.

Zdroj: "http://sk.wikipedia.org../../../%C3%BA/%C4%8D/i/%C3%9A%C4%8Dinnos%C5%A5_%28technika%29.html"

Kategória: Technika

We provide Linux to the World

Účinnosť (technika)

Z Wikipédie

Obsah

[úprava] Energetické hodnotenie strojov

[úprava] Efektívna účinnosť

[úprava] Mechanická účinnosť

[úprava] Exergetická účinnosť

[úprava] Energetické hodnotenie tepelných strojov

[úprava] Chemická účinnosť

[úprava] Tepelná účinnosť

[úprava] Koeficient plnosti indikátorového diagramu

[úprava] Indikovaná účinnosť

[úprava] Vzťahy medzi účinnosťami

[úprava] Porovnávacia účinnosť

[úprava] Príklady ďalších účinností

[úprava] Plniaca účinnosť

[úprava] Objemová účinnosť

[úprava] Kvantitatívna účinnosť vyplachovania

[úprava] Kvalitatívna účinnosť vyplachovania

[úprava] Zdroje

Views

Navigácia

Hľadaj

Iné jazyky