|
[[Obrázok:EU energy label.png|150|thumb|right|Vyjadrenie účinnosti elektrospotrebiča na štítku.]]
{{Pracuje sa}}
'''Účinnosť''' je [[bezrozmerné číslo]], ktoré vyjadruje ako blízko k ideálnemu [[proces]]u prebieha proces v hodnotenom [[stroj]]i, 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.
*'''A<sub>s</sub>''' - nevyužitá časť veličiny (strata)
'''Účinnosť sa najčastejšie používa pre porovnanie [[energia|energií]]''' (napr. [[mechanická práca]]) alebo [[výkon]]u, ale pre rôzne technické aplikácie môžu byť sledované veličiny aj iné (napríklad [[objem]]). Dôležité je aby boli porovnávané veličiny ekvivalentné, t.j. mali rovnaké [[fyzikálna jednotka|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 energetickom porovnávaní môžme hodnotiť:
Účinnosťou môžme hodnotiť zariadenie ako celok, alebo môžme hodnotiť len časť procesu (funkcie) zariadenia, alebo porovnávať reálne zariadenie s jeho teoretickým alebo iným modelom.
#'''účinnosť prenosu''' energie - napríklad v prevodovke automobilu je na vstupe aj na výstupe mechanická práca
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'''.
==Energetické hodnotenie strojov==
Pre energetické hodnotenie strojov všeobecne sa používajú tieto hlavné účinnosti:
* [[Efektívna účinnosť]] alebo aj ''celková energetická účinnosť'' - ktorá hodnotí účinnosť celého zariadenia. Vypočíta sa z pomeru hodnôt energie privedenej do zariadenia a energie odvedenej zo zariadenia.
===Efektívna účinnosť===
'''Efektívna*[[Mechanická účinnosť''',]] alebo- aj '''celkováktorá energetickáhodnotí účinnosť''' sa používa na opis účinnostimechanických celéhočastí zariadenia. Vypočíta sa z pomeru hodnôt energiemechanickej privedenejpráce dona vstupe zariadenia a energiemechanickej práce odvedenej zo zariadenia, čo je veľmi často [[mechanická práca]]. Efektívna účinnosť sa označuje symbolom '''η<sub>e</sub>'''. Doplnok (výraz 1 - η<sub>e</sub>) opisuje celkové straty zariadenia.
*[[Exergetická účinnosť]] - ktorá hodnotí účinnosť celého zariadenia zo zohľadnením iba diponibilnej časti energie vzhľadom na stav okolia (takzvanej [[exergia|exergie]]). Vypočíta sa z pomeru hodnôt exergie privedenej do zariadenia a energie odvedenej zo zariadenia.
''Príklad:''
Efektívna účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:
'''η<sub>e</sub>''' = <math> \frac{W_e}{Q_d} </math>
*'''W<sub>e</sub>''' - efektívna (užitočná) práca (v kJ) ktorú spaľovací motor odovzdá na výstupnom [[hriadeľ|hriadeli]]
*'''Q<sub>d</sub>''' - chemická energia dodaná v palive (v kJ) daná výhrevnosťou a množstvom zmesi
alebo aj:
'''η<sub>e</sub>''' = <math> \frac{3600}{m_{pe} . H_u} </math>
*'''m<sub>pe</sub>''' - efektívna [[merná spotreba paliva]] (g.kW<sup>-1</sup>.h<sup>-1</sup>)
*'''H<sub>u</sub>''' - dolná výhrevnosť paliva (v MJ.kg<sup>-1</sup>)
===Mechanická účinnosť===
'''Mechanická účinnosť''' sa používa na opis 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<sub>m</sub>'''. Doplnok (výraz 1 - η<sub>m</sub>) opisuje straty spôsobené [[pasívne odpory|pasívnymi odpormi]] (napríklad [[trenie|trenim]]), prácu použitú na [[pohon]] pomocných zariadení a podobne.
''Príklad:''
Mechanická účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:
'''η<sub>m</sub>''' = <math> \frac{W_e}{W_i} </math>
*'''W<sub>e</sub>''' - efektívna (užitočná) práca (v kJ) ktorú spaľovací motor odovzdá na výstupnom hriadeli
*'''W<sub>i</sub>''' - [[indikovaná práca]] (v kJ) t.j. práca ktorú je schopný vykonať pracovný plyn vo valci závisiaca od priebehu tlaku počas zdvihu piesta.
===Exergetická účinnosť===
'''Exergetická účinnosť''' sa používa na opis účinnosti celého zariadenia zo zohľadnením iba diponibilnej časti energie vzhľadom na stav okolia takzvanej [[exergia|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<sub>ex</sub>'''. Doplnok (výraz 1 - η<sub>ex</sub>) opisuje exergetické straty zariadenia.
''Príklad:''
Exergetická účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:
'''η<sub>ex</sub>''' = <math> \frac{W_e}{E_{ex}} </math>
*'''W<sub>e</sub>''' - efektívna (užitočná) práca (v kJ) ktorú spaľovací motor odovzdá na výstupnom [[hriadeľ|hriadeli]]
*'''E<sub>ex</sub>''' - exergia dodaná v palive (v kJ)
==Energetické hodnotenie tepelných strojov==
Pre energetické hodnotenie tepelných strojov sa okrem vyššie uvedených účinností definujú ďalšie:
* [[Chemická účinnosť]] - ktorá sa používa pre opis účinnosti spaľovania, ak v tepelnom stroji dochádza k spaľovaniu. Vypočíta sa z pomeru hodnôt energie privedenej v palive a energie z paliva skutočne uvoľnenej.
*[[Tepelná účinnosť]] - vyjadruje teoretickú účinnosť daného tepelného cyklu.
* [[Indikovaná účinnosť]] - špeciálne v oblasti spaľovacích motorov. Vypočíta sa z pomeru hodnôt energie privedenej v palive a indikovanej práce skutočného obehu.
* [[Porovnávacia účinnosť]] - používa sa na vzájomné porovnávanie jednotlivých konštrukčných riešení.
Medzi veličiny typu účinnosť je možné zaradiť aj [[koeficient plnosti indikátorového diagramu]]. Je to špecifická porovnávacia veličina v oblasti spaľovacích motorov. 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.
===Chemická účinnosť===
'''Chemická účinnosť''' sa používa pre opis účinnosti spaľovania v tepelých strojoch, ktoré získavajú energiu [[spaľovanie|spaľovaním]] [[palivo|paliva]]. Vypočíta sa z pomeru hodnôt energie privedenej v palive a energie z paliva skutočne uvoľnenej. Chemická účinnosť sa označuje symbolom '''η<sub>ch</sub>'''. Doplnok (výraz 1 - η<sub>ch</sub>) opisuje straty tepla spôsobené nedokonalým spaľovaním, a straty tepla pri [[disociácia|disociácii]] [[molekula|molekúl]] plynu.
''Príklad:''
Chemická účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:
'''η<sub>ch</sub>''' = <math> \frac{Q_p}{Q_d} </math>
*'''Q<sub>p</sub>''' - [[tepelná energia]] uvoľnená spálením paliva, alebo množstvo [[teplo|tepla]] privedené do [[pracovný obeh|pracovného obehu]]
*'''Q<sub>d</sub>''' - chemická energia dodaná v palive (v kJ) daná výhrevnosťou a množstvom zmesi
===Tepelná účinnosť===
{{Hlavný článok|Termodynamická účinnosť}}
'''Tepelná účinnosť''', alebo aj '''termická účinnosť''', alebo '''termodynamická účinnosť''' vyjadruje teoretickú účinnosť daného tepelného cyklu. Tepelná účinnosť sa označuje symbolom '''η<sub>t</sub>'''. Doplnok (výraz 1 - η<sub>t</sub>) opisuje tepelné straty vyplývajúce z [[Prvá termodynamická veta|prvého termodynamického zákona]].
''Príklad:''
Tepelná účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:
'''η<sub>t</sub>''' = <math> \frac{W_t}{Q_p} </math>
*'''W<sub>t</sub>''' - teoretická práca zodpovedajúceho teoretického pracovného cyklu
*'''Q<sub>p</sub>''' - tepelná energia (v kJ) uvoľnená spálením paliva, alebo množstvo tepla privedené do [[pracovný obeh|pracovného obehu]]
===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 na opis účinnosti skutočného pracovného obehu motora, oproti jeho teoretickému [[model]]u. 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<sub>p</sub>'''. Doplnok (výraz 1 - η<sub>p</sub>) opisuje 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<sub>p</sub>''' = <math> \frac{W_i}{W_t} </math>
*'''W<sub>i</sub>''' - [[indikovaná práca]] (v kJ) t.j. práca ktorú je schopný vykonať pracovný plyn vo valci závisiaca od priebehu tlaku počas zdvihu piesta.
*'''W<sub>t</sub>''' - teoretická práca zodpovedajúceho teoretického pracovného cyklu
===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<sub>i</sub>''' a vyjadruje vnútornú účinnosť spaľovacieho motora.
''Príklad:''
Indikovaná účinnosť spaľovacieho motora sa vypočíta ako:
'''η<sub>i</sub>''' = <math> \frac{W_i}{Q_d} </math>
*'''W<sub>i</sub>''' - indikovaná práca (v kJ) t.j. práca ktorú je schopný vykonať pracovný plyn vo valci závisiaca od priebehu tlaku počas zdvihu piesta.
*'''Q<sub>d</sub>''' - chemická energia dodaná v palive (v kJ) daná výhrevnosťou a množstvom zmesi
alebo aj:
'''η<sub>i</sub>''' = <math> \frac{3600}{m_{pi} . H_u} </math>
*'''m<sub>pi</sub>''' - indikovaná [[merná spotreba paliva]] (g.kW</sup>-1</sup>.h</sup>-1</sup>)
*'''H<sub>u</sub>''' - dolná výhrevnosť paliva (v MJ.kg</sup>-1</sup>)
=== Vzťahy medzi účinnosťami ===
Ak je na jednom zariadení určených viac účinností, medzi niektorými z nich je možné napísať konkrétne závislosti. VyššiePlatia uvedené príklady boli zvolené zámerne. Ich porovnaním je možné odvodiťnapríklad nasledovné vzťahy:
#'''η<sub>e</sub> = η<sub>ch</sub>.η<sub>t</sub>.η<sub>p</sub>.η<sub>m</sub>''' pretože η<sub>e</sub> = <math> \frac{Q_p}{Q_d}.\frac{W_t}{Q_p}.\frac{W_i}{W_t}.\frac{W_e}{W_i} </math>
#*'''η<sub>e</sub>''' - efektívna účinnosť
#*'''η<sub>i</sub>''' - indikovaná účinnosť
#*'''η<sub>m</sub>''' - mechanická účinnosť
===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<sub>pi</sub>'''.
'''η<sub>pi</sub>''' = <math> \frac{\eta_i}{\eta_t} </math>
*'''η<sub>i</sub>''' - indikovaná účinnosť
*'''η<sub>t</sub>''' - tepelná účinnosť
==Príklady ďalších účinností==
V [[piestový stroj|piestových strojoch]], resp. piestových spaľovacích motoroch je možné definovať napríklad nasledovné účinnosti:
*[[Plniaca účinnosť]] - vyjadruje stupeň naplnenia [[valec (technika)|valcov]] spaľovacieho motora čerstvou zmesou. Je to pomer skutočného množstva čerstvej náplne, ktorá zostane vo valci v okamihu zatvorenia sacieho [[ventil]]u a teoreticky možného množstva, zodpovedajúceho [[zdvihový objem|zdvihovému objemu]] valca a podmienkam stavu [[vzduch]]u ([[tlak]] a [[teplota]]) pred vstupom do nasávacieho potrubia.
*[[Objemová účinnosť]] - vyjadruje stupeň naplnenia valcov spaľovacieho motora pomocou lepšie merateľných veličín. Je to pomer množstva čerstvej náplne, ktorá prejde plniacim traktom a teoreticky možného množstva, zodpovedajúceho zdvihovému objemu valca.
V [[dvojtaktný motor|dvojtaktných]] spaľovacích motoroch sa na hodnotenie vyplachovacieho procesu definujú:
===Plniaca účinnosť===
*[[Kvantitatívna účinnosť vyplachovania]] - je to pomer množstva čerstvej náplne, ktorá zostala vo valci po uzatvorení výfukového kanála (ventilu)a množstva náplne ktorá prejde plniacim traktom.
'''Plniaca účinnosť''' vyjadruje stupeň naplnenia [[valec (technika)|valcov]] spaľovacieho motora čerstvou zmesou. Je to pomer skutočného množstva čerstvej náplne, ktorá zostane vo valci v okamihu zatvorenia sacieho [[ventil]]u a teoreticky možného množstva, zodpovedajúceho [[zdvihový objem|zdvihovému objemu]] valca a podmienkam stavu [[vzduch]]u ([[tlak]] a [[teplota]]) pred vstupom do nasávacieho potrubia. Plniaca účinnosť sa označuje znakom '''η<sub>pl</sub>'''. Túto teoretickú hodnotu je v praxi obťažné zmerať.
*[[Kvalitatívna účinnosť vyplachovania]] - 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.
'''η<sub>pl</sub>''' = <math> \frac{M_e}{M_z} = \frac{M_e}{\rho_0 . V_z} </math>
*'''M<sub>e</sub>''' - hmotnosť čerstvej náplne, ktorá zostane vo valci na jeden pracovný cykus (kg)
*'''M<sub>z</sub>''' - teoreticky možná hmotnosť náplne vo zdvihovom objeme na jeden pracovný cykus (kg)
*'''ρ<sub>0</sub>''' - [[hustota]] vzduchu pred vstupom do nasávacieho potrubia, resp. za [[dúchadlo]]m pri prepĺňaných motoroch (kg.m<sup>-3</sup>)
*'''V<sub>z</sub>''' - zdvihový objem valca (m<sup>3</sup>)
===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<sub>v</sub>'''. Pre neprepĺňané štvortaktné motory s malým prekrytím ventilov platí η<sub>v</sub> ≈ η<sub>pl</sub>
'''η<sub>v</sub>''' = <math> \frac{V_s}{V_z} </math>
*'''V<sub>s</sub>''' - množstvo čerstvej náplne, ktorá prešla plniacim traktom (m<sup>3</sup>)
*'''V<sub>z</sub>''' - zdvihový objem valca (m<sup>3</sup>)
===Kvantitatívna účinnosť vyplachovania===
'''Kvantitatívna účinnosť vyplachovania''' sa používa na hodnotenie vyplachovacieho procesu [[dvojtaktný motor|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<sub>kvant</sub>'''.
'''η<sub>kvant</sub>''' = <math> \frac{M_e}{M_s} = \frac{\eta pl}{\eta_v} </math>
*'''M<sub>e</sub>''' - hmotnosť čerstvej náplne, ktorá zostala vo valci na jeden pracovný cykus (kg)
*'''M<sub>s</sub>''' - hmotnosť čerstvej náplne, ktorá prešla plniacim traktom (kg)
*'''η<sub>pl</sub>''' - plniaca účinnosť
*'''η<sub>v</sub>''' - objemová účinnosť
===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<sub>kval</sub>'''.
'''η<sub>kval</sub>''' = <math> \frac{M_e}{M_e + Mzv } = \frac{\eta pl}{\eta_v} </math>
*'''M<sub>e</sub>''' - hmotnosť čerstvej náplne, ktorá zostala vo valci na jeden pracovný cykus (kg)
*'''M<sub>zv</sub>''' - hmotnosť spalín, ktoré zostali vo valci po predchádzajúcom obehu (kg)
== Zdroje ==
Trnka J., Urban J.: Spaľovacie motory. Alfa Bratislava, 1992.
[[Kategória:Účinnosť| ]]
| 