Eficiência térmica
A eficiência térmica ( η t h a ________________eta ____________ ) é uma medida de desempenho sem dimensão de um dispositivo térmico como um motor de combustão interna, uma caldeira, ou uma fornalha, por exemplo.
A entrada, Q i n {\displaystyle Q_{\displaystyle Q_{\displaystyle Q_{\displaystyle Q_{\displaystyle Q_{\displaystyle Q_\displaystyle}, para o dispositivo é o calor, ou o conteúdo térmico de um combustível consumido. A saída desejada é trabalho mecânico, W o u t {\displaystyle W_{\displaystyle Q_\displaystyle Q_\displaystyle Q_\displaystyle, {\displaystyle Q_\displaystyle Q_\displaystyle, ou possivelmente ambos. Porque o calor de entrada tem normalmente um custo financeiro real, uma definição memorável e genérica de eficiência térmica é
η t h ≡ Saída Entrada . Estilo de exibição _eta _equiv {\i} {\i1}{\i1}extxtra _Extra _Extra _Extra }
A partir da primeira e segunda leis da termodinâmica, a saída não pode exceder o que é entrado, portanto
0 ≤ η t h ≤ 1.0. Estilo de jogo 0\\\a _\a _\a 1.0.}
Quando expressa em percentagem, a eficiência térmica deve situar-se entre 0% e 100%. Devido a ineficiências tais como atrito, perda de calor e outros factores, as eficiências térmicas são tipicamente muito inferiores a 100%. Por exemplo, um motor automóvel a gasolina típico funciona a cerca de 25% de eficiência térmica, e uma grande central eléctrica alimentada a carvão atinge picos de cerca de 36%. Numa central de ciclo combinado, as eficiências térmicas aproximam-se dos 60%.
Motores de calor
Quando se transforma energia térmica em energia mecânica, a eficiência térmica de um motor térmico é a percentagem de energia que é transformada em trabalho. A eficiência térmica é definida como
η t h ≡ W o u t Q i n {\i1}displaystyle {\i}{Q_{\i}{\i1}{\i1}{\i1}w_{\i}}}} ,
ou através da primeira lei da termodinâmica para substituir a rejeição de calor residual pelo trabalho produzido,
η t h = 1 - Q o u t Q i n {\\i1}{Q_{\i}}{Q_{\i0}{Q_{\i}}{Q_{\i1}{\i1}displaystyle .
Por exemplo, quando 1000 joules de energia térmica são transformados em 300 joules de energia mecânica (com os restantes 700 joules dissipados como calor residual), a eficiência térmica é de 30%.
Conversão de energia
Para um dispositivo de conversão de energia como uma caldeira ou um forno, a eficiência térmica é
η t h ≡ Q o u t Q i n {\i1}displaystyle {\i} {Q_{\i1}{Q_{\i}}{Q_{em}}}} .
Assim, para uma caldeira que produz 210 kW (ou 700.000 BTU/h) para cada 300 kW (ou 1.000.000 BTU/h) de entrada equivalente ao calor, a sua eficiência térmica é 210/300 = 0,70, ou 70%. Isto significa que os 30% da energia são perdidos para o ambiente.
Um aquecedor de resistência eléctrica tem uma eficiência térmica de 100% ou muito próxima dos 100%, assim, por exemplo, 1500W de calor são produzidos para 1500W de entrada eléctrica. Ao comparar unidades de aquecimento, tais como um aquecedor de resistência eléctrica 100% eficiente com um forno a gás natural 80% eficiente, os preços da energia devem ser comparados para se encontrar o custo mais baixo.
Bombas de calor e Frigoríficos
As bombas de calor, frigoríficos e aparelhos de ar condicionado, por exemplo, movem o calor, em vez de o converterem, pelo que são necessárias outras medidas para descrever o seu desempenho térmico. As medidas comuns são o coeficiente de desempenho (COP), o rácio de eficiência energética (EER), e o rácio de eficiência energética sazonal (SEER).
A Eficiência de uma Bomba de Calor (HP) e Refrigeradores (R)*:
E H P = | Q H | | W | | {\i1} {\i1} {\i1} |Q_{H}}{\i1}{\i1}}{\i1}S
E R = | Q L | | W | | {\i1} {\i1}{\i1}{\i1}{\i1}{\i1}{\i1}S
E H P - E R = 1 {\\i1}- E_{\i}-E_{\i}=1}
Se as temperaturas em ambas as extremidades da Bomba de Calor ou Frigorífico forem constantes e os seus processos reversíveis:
E H P = T H T H H - T L {\\i1}={\i1}{T_{H}}{T_{H}-T_{L}}}}
E R = T L T H - T L {\displaystyle E_{R}={\frac {T_{L}}{T_{H}-T_{L}}}}
*H=elevada (temperatura/fonte de calor), L=baixa (temperatura/fonte de calor)Eficiência energética
A 'eficiência térmica' é por vezes chamada de eficiência energética. Nos Estados Unidos, no uso diário, o SEER é a medida mais comum de eficiência energética para dispositivos de refrigeração, bem como para bombas de calor quando em modo de aquecimento. Para dispositivos de aquecimento por conversão de energia, o seu pico de eficiência térmica em estado estável é frequentemente declarado, por exemplo, "este forno é 90% eficiente", mas uma medida mais detalhada da eficiência energética sazonal é a Eficiência Anual de Utilização de Combustível (AFUE).
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Perguntas e Respostas
P: O que é eficiência térmica?
R: Eficiência térmica é uma medida de desempenho sem dimensões de um dispositivo térmico, como um motor de combustão interna, uma caldeira ou um forno. Ela é calculada dividindo a saída pela entrada do dispositivo.
P: Quais são alguns exemplos de dispositivos térmicos?
R: Exemplos de dispositivos térmicos incluem motores de combustão interna, caldeiras, e fornos.
P: O que é a entrada para um dispositivo térmico?
R: A entrada para um dispositivo térmico é o calor ou o conteúdo de calor de um combustível que é consumido.
P: Qual é a saída desejada de um dispositivo térmico?
R: A saída desejada de um dispositivo térmico pode ser trabalho mecânico, calor, ou ambos.
P: Como podemos definir eficiência térmica em termos gerais?
R: A eficiência térmica pode ser definida geralmente como Saída/Ingresso.
P: Qual é o intervalo de variação do valor para ηth?
R: O valor para ηth deve estar entre 0 e 1,0 quando expresso como uma porcentagem, deve estar entre 0% e 100%.
P: Os valores típicos para ηth costumam ser próximos a 100%?
R: Não, devido a ineficiências como atrito e perda de calor, os valores típicos para ηth são muito inferiores a 100%. Por exemplo, motores de automóveis a gasolina normalmente operam em torno de 25%, enquanto grandes usinas geradoras elétricas alimentadas a carvão atingem um pico de cerca de 36%, com usinas de ciclo combinado se aproximando de 60%.