Eficiența termică
Eficiența termică ( η t h {\displaystyle \eta _{th}\,} 
) este o măsură adimensională a performanței unui dispozitiv termic, cum ar fi un motor cu ardere internă, un cazan sau un cuptor, de exemplu.
Intrarea, Q i n {\displaystyle Q_{in}\,}
, în dispozitiv este reprezentată de căldură sau de conținutul de căldură al unui combustibil care este consumat. Rezultatul dorit este lucrul mecanic, W o u t {\displaystyle W_{out}\,} 
, sau căldura, Q o u t {\displaystyle Q_{out}\,}
, sau, eventual, ambele. Deoarece căldura de intrare are, în mod normal, un cost financiar real, o definiție memorabilă și generică a eficienței termice este următoarea
η t h ≡ Ieșire Intrare . {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {\text{Output}}}{\text{Input}}}. } 
Din prima și a doua lege a termodinamicii, producția nu poate depăși ceea ce este introdus, deci
0 ≤ η η t h ≤ 1.0. {\displaystyle 0\leq \eta _{th}\leq 1.0.} 
Atunci când este exprimată în procente, eficiența termică trebuie să fie cuprinsă între 0% și 100%. Din cauza ineficiențelor, cum ar fi frecarea, pierderile de căldură și alți factori, eficiența termică este, de obicei, mult mai mică de 100%. De exemplu, un motor tipic de automobil pe benzină funcționează la o eficiență termică de aproximativ 25%, iar o centrală electrică mare alimentată cu cărbune atinge un maxim de aproximativ 36%. Într-o centrală cu ciclu combinat, eficiența termică se apropie de 60%.
Motoare termice
La transformarea energiei termice în energie mecanică, randamentul termic al unui motor termic reprezintă procentul de energie transformată în muncă. Eficiența termică se definește astfel
η t h ≡ W o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {W_{out}}{Q_{in}}}} 
,
sau prin intermediul primei legi a termodinamicii pentru a înlocui munca produsă cu respingerea căldurii reziduale,
η t h = 1 - Q o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}=1-{\frac {Q_{out}}{Q_{in}}}} 
.
De exemplu, atunci când 1 000 de jouli de energie termică sunt transformați în 300 de jouli de energie mecanică (restul de 700 de jouli fiind disipate ca căldură reziduală), randamentul termic este de 30%.
Conversia energiei
Pentru un dispozitiv de conversie a energiei, cum ar fi un cazan sau un cuptor, randamentul termic este
η t h ≡ Q o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {Q_{out}}{Q_{in}}}} 
.
Astfel, pentru un cazan care produce 210 kW (sau 700.000 BTU/h) de ieșire pentru fiecare 300 kW (sau 1.000.000 BTU/h) de intrare echivalentă de căldură, eficiența termică este de 210/300 = 0,70, sau 70%. Acest lucru înseamnă că 30% din energie se pierde în mediul înconjurător.
Un încălzitor cu rezistență electrică are un randament termic de 100% sau foarte aproape de 100%, astfel încât, de exemplu, se produc 1500 W de căldură pentru 1500 W de energie electrică de intrare. Atunci când se compară unitățile de încălzire, cum ar fi un încălzitor cu rezistență electrică cu eficiență de 100% cu un cuptor pe gaz natural cu eficiență de 80%, trebuie comparate prețurile energiei pentru a găsi costul cel mai mic.
Pompe de căldură și frigidere
Pompele de căldură, frigiderele și aparatele de aer condiționat, de exemplu, deplasează căldura, mai degrabă decât să o transforme, astfel încât sunt necesare alte măsuri pentru a descrie performanța lor termică. Măsurile obișnuite sunt coeficientul de performanță (COP), raportul de eficiență energetică (EER) și raportul sezonier de eficiență energetică (SEER).
Eficiența unei pompe de căldură (HP) și a unui frigider (R)*:
E H P = | Q H | | W | | {\displaystyle E_{HP}={\frac {|Q_{H}|}{|W|}}}}} 
E R = | Q L | | | W | | {\displaystyle E_{R}={\frac {|Q_{L}}|{|W|}}}}}} 
E H P - E R = 1 {\displaystyle \displaystyle E_{HP}-E_{R}=1} 
Dacă temperaturile de la ambele capete ale pompei de căldură sau ale frigiderului sunt constante și procesele lor sunt reversibile:
E H P = T H T H T H - T L {\displaystyle E_{HP}={\frac {T_{H}}{T_{H}-T_{L}}}} 
E R = T L T H - T L {\displaystyle E_{R}={\frac {T_{L}}}{T_{H}-T_{L}}}} 
Eficiență energetică
"Eficiența termică" se numește uneori eficiență energetică. În Statele Unite, în uzul cotidian, SEER este cea mai frecventă măsură a eficienței energetice pentru dispozitivele de răcire, precum și pentru pompele de căldură atunci când sunt în modul de încălzire. În cazul dispozitivelor de încălzire cu conversie de energie, eficiența lor termică de vârf în regim staționar este adesea menționată, de exemplu, "acest cuptor are o eficiență de 90%", dar o măsură mai detaliată a eficienței energetice sezoniere este eficiența anuală de utilizare a combustibilului (AFUE).
Pagini conexe
Întrebări și răspunsuri
Î: Ce este eficiența termică?
R: Eficiența termică este o măsură adimensională a performanței unui dispozitiv termic, cum ar fi un motor cu ardere internă, un cazan sau un cuptor. Se calculează prin împărțirea randamentului la intrarea dispozitivului.
Î: Care sunt câteva exemple de dispozitive termice?
R: Printre exemplele de dispozitive termice se numără motoarele cu ardere internă, cazanele și cuptoarele.
Î: Care este puterea de intrare a unui dispozitiv termic?
R: Intrarea unui dispozitiv termic este căldura sau conținutul de căldură al unui combustibil consumat.
Î: Care este randamentul dorit de la un dispozitiv termic?
R: Rezultatul dorit al unui dispozitiv termic poate fi lucrul mecanic, căldura sau ambele.
Î: Cum putem defini eficiența termică în termeni generali?
R: Eficiența termică poate fi definită în general ca ieșire/introducere.
Î: În ce interval se încadrează valoarea lui ηth?
R: Valoarea pentru ηth trebuie să fie cuprinsă între 0 și 1,0, atunci când este exprimată în procente, trebuie să fie cuprinsă între 0% și 100%.
Î: Valorile tipice pentru ηth sunt de obicei apropiate de 100%?
R: Nu, din cauza ineficiențelor, cum ar fi frecarea și pierderile de căldură, valorile tipice pentru ηth sunt mult mai mici de 100%. De exemplu, motoarele automobilelor pe benzină funcționează de obicei la aproximativ 25%, în timp ce centralele electrice mari pe bază de cărbune ating un maxim de aproximativ 36%, iar centralele cu ciclu combinat se apropie de 60%.
