Формула для кпд: Формула КПД (коэффициента полезного действия) в физике

Содержание

Коэффициент полезного действия механизмов: расчет, формула + примеры

 

Известно, что вечный двигатель невозможен. Это связано с тем, что для любого механизма справедливо утверждение: совершённая с помощью этого механизма полная работа (в том числе на нагревание механизма и окружающей среды, на преодоление силы трения) всегда больше полезной работы.

Например, больше половины работы двигателя внутреннего сгорания совершается впустую тратится на нагревание составных частей двигателя; некоторое количество теплоты уносят выхлопные газы.

Часто необходимо оценивать эффективность механизма, целесообразность его использования. Поэтому, чтобы рассчитывать, какая часть от совершённой работы тратится впустую и какая часть с пользой,  вводится специальная физическая величина, которая показывает эффективность механизма.

Эта величина называется коэффициентом полезного действия механизма

Коэффициент полезного действия механизма равен отношению полезной работы к полной работе. Очевидно, коэффициент полезного действия всегда меньше единицы. Эту величину часто выражают в процентах. Обычно её обозначают греческой буквой η (читается «эта»). Сокращённо коэффициент полезного действия записывают КПД.

η = (А_полн /А_полезн) * 100 %,

где η КПД, А_полн полная работа, А_полезн полезная работа.

Среди двигателей наибольший коэффициент полезного действия имеет электрический двигатель (до 98 %). Коэффициент полезного действия двигателей внутреннего сгорания 20 % — 40 %, паровой турбины примерно 30 %.

Отметим, что для увеличения коэффициента полезного действия механизма часто стараются уменьшить силу трения. Это можно сделать, используя различные смазки или шарикоподшипники, в которых трение скольжения заменяется трением качения.

Примеры расчета КПД

Рассмотрим пример. Велосипедист массой 55 кг поднялся на велосипеде массой 5 кг на холм, высота которого 10 м, совершив при этом работу 8 кДж.

Найдите коэффициент полезного действия велосипеда. Трение качения колёс о дорогу не учитывайте.

Решение. Найдём общую массу велосипеда и велосипедиста:

m = 55 кг + 5 кг = 60 кг

Найдем их общий вес:

P = mg = 60 кг * 10 Н/кг = 600 Н

Найдём работу, совершённую на подъём велосипеда и велосипедиста:

Aполезн = РS = 600 Н * 10 м = 6 кДж

Найдём КПД велосипеда:

= А_полн /А_полезн  * 100 %  = 6 кДж / 8 кДж * 100 % = 75 %

Ответ: КПД велосипеда равен 75 %.

Рассмотрим ещё один пример. На конец  плеча рычага подвешено тело массой m. К другому плечу прилагают силу F, направленную вниз, и его конец опускается на h. Найдите, насколько поднялось тело, если коэффициент полезного действия рычага равен η %.

Решение. Найдём работу, совершённую  силой F:

A = Fh

 η % от этой работы совершено на то, чтобы поднять тело массой m. Следовательно, на поднятие тела затрачено  Fhη / 100. Так как вес тела равен mg, тело поднялось на высоту Fhη / 100 / mg.

Ответ: тело поднялось на высоту Fhη / 100 / mg.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Приложение закона равновесия рычага к блоку: золотое правило механики
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЭнергия: потенциальная и кинетическая энергия

Задачи на КПД теплового двигателя с решениями

У нас уже была внутренняя энергия и первое начало термодинамики, а сегодня разберемся с задачами на КПД теплового двигателя. Что поделать: праздники праздниками, но сессию ведь никто не отменял.

Присоединяйтесь к нам в телеграме и получайте полезную рассылку каждый день. А приступая к практике, не забывайте держать под рукой памятку по задачам и полезные формулы.

Задачи по физике на КПД теплового двигателя

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №1

Условие 

Вода массой 175 г подогревается на спиртовке.

Пока вода нагрелась от t1=15 до t2=75 градусов Цельсия, масса спиртовки уменьшилась с 163 до 157 г Вычислите КПД установки.

Решение

Коэффициент полезного действия можно вычислить как отношение полезной работы и полного количества теплоты, выделенного спиртовкой:

Полезная работа в данном случае – это эквивалент количества теплоты, которое пошло исключительно на нагрев. Его можно вычислить по известной формуле:

Полное количество теплоты вычисляем, зная массу сгоревшего спирта и его удельную теплоту сгорания.

Подставляем значения и вычисляем:

Ответ: 27%

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №2

Условие

Старый двигатель совершил работу 220,8 МДж, при этом израсходовав 16 килограмм бензина. Вычислите КПД двигателя.

Решение

Найдем общее количество теплоты, которое произвел двигатель:

Теперь можно рассчитать КПД:

Или, умножая на 100, получаем значение КПД в процентах:

Ответ: 30%.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №3

Условие

Тепловая машина работает по циклу Карно, при этом 80% теплоты, полученной от нагревателя, передается холодильнику. За один цикл рабочее тело получает от нагревателя 6,3 Дж теплоты. Найдите работу и КПД цикла.

Решение

КПД идеальной тепловой машины:

По условию:

Вычислим сначала работу, а затем КПД:

Ответ: 20%; 1,26 Дж.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №4

Условие

На диаграмме изображен цикл дизельного двигателя, состоящий из адиабат 1–2 и 3–4, изобары 2–3 и изохоры 4–1. Температуры газа в точках 1, 2, 3, 4 равны T1 , T2 , T3 , T4 соответственно. Найдите КПД цикла.

Решение

Проанализируем цикл, а КПД будем вычислять через подведенное и отведенное количество теплоты. На адиабатах тепло не подводится и не отводится. На изобаре 2 – 3 тепло подводится, объем растет и, соответственно, растет температура.

На изохоре 4 – 1 тепло отводится, а давление и температура падают.

Аналогично:

Получим результат:

Ответ: См. выше.

Задача на вычисление КПД теплового двигателя №5

Условие

Тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 2,94 кДж и отдаёт за один цикл охладителю количество теплоты Q2 = 13,4 кДж. Найдите КПД цикла.

Решение

Запишем формулу для КПД:

Отсюда:

Ответ: 18%

Вопросы на тему тепловые двигатели

Вопрос 1. Что такое тепловой двигатель?

Ответ.

Тепловой двигатель – это машина, которая совершает работу за счет энергии, поступающей к ней в процессе теплопередачи. Основные части теплового двигателя: нагреватель, холодильник и рабочее тело.

Вопрос 2. Приведите примеры тепловых двигателей.

Ответ. Первыми тепловыми двигателями, получившими широкое распространение, были паровые машины. Примерами современного теплового двигателя могут служить:

  • ракетный двигатель;
  • авиационный двигатель;
  • газовая турбина.

Вопрос 3. Может ли КПД двигателя быть равен единице?

Ответ. Нет. КПД всегда меньше единицы (или меньше 100%). Существование двигателя с КПД равным единице противоречит первому началу термодинамики.

КПД реальных двигателей редко превышает 30%.

Вопрос 4. Что такое КПД?

Ответ. КПД (коэффициент полезного действия) – отношение работы, которую совершает двигатель, к количеству теплоты, полученному от нагревателя.

Вопрос 5. Что такое удельная теплота сгорания топлива?

Ответ. Удельная теплота сгорания q – физическая величина, которая показывает, какое количество теплоты выделяется при сгорании топлива массой 1 кг.

При решении задач КПД можно определять по мощности двигателя N и сжигаемому за единицу времени количеству топлива.

Задачи и вопросы на цикл Карно

Затрагивая тему тепловых двигателей, невозможно оставить в стороне цикл Карно – пожалуй, самый знаменитый цикл работы тепловой машины в физике. Приведем дополнительно несколько задач и вопросов на цикл Карно с решением.

Цикл (или процесс) Карно – это идеальный круговой цикл, состоящий из двух адиабат и двух изотерм. Назван так в честь французского инженера Сади Карно, который описал данный цикл в своем научном труде «О движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу» (1894).

Задача на цикл Карно №1

Условие

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А = 73,5 кДж. Температура нагревателя t1 =100° С, температура холодильника t2 = 0° С. Найти КПД цикла, количество теплоты, получаемое машиной за один цикл от нагревателя, и количество теплоты, отдаваемое за один цикл холодильнику.

Решение

Рассчитаем КПД цикла: 

С другой стороны, чтобы найти количество теплоты, получаемое машиной, используем соотношение:

Количество теплоты, отданное холодильнику, будет равно разности общего количества теплоты и полезной работы:

Ответ: 0,36; 204,1 кДж; 130,6 кДж.

Задача на цикл Карно №2

Условие

Идеальная тепловая машина, работающая по циклу Карно, совершает за один цикл работу А=2,94 кДж и отдает за один цикл холодильнику количество теплоты Q2=13,4 кДж. Найти КПД цикла.

Решение

Формула для КПД цикла Карно:

Здесь A – совершенная работа, а Q1 – количество теплоты, которое понадобилось, чтобы ее совершить. Количество теплоты, которое идеальная машина отдает холодильнику, равно разности двух этих величин. Зная это, найдем:

Ответ: 17%.

Задача на цикл Карно №3

Условие

Изобразите цикл Карно на диаграмме и опишите его

Решение

Цикл Карно на диаграмме PV выглядит следующим образом:

  • 1-2. Изотермическое расширение, рабочее тело получает от нагревателя количество теплоты q1;
  • 2-3. Адиабатическое расширение, тепло не подводится;
  • 3-4. Изотермическое сжатие, в ходе которого тепло передается холодильнику;
  • 4-1. Адиабатическое сжатие.

Ответ: см. выше.

Вопрос на цикл Карно №1

Сформулируйте первую теорему Карно

Ответ. Первая теорема Карно гласит: КПД тепловой машины, работающей по циклу Карно, зависит только от температур нагревателя и холодильника, но не зависит ни от устройства машины, ни от вида или свойств её рабочего тела.

Вопрос на цикл Карно №2

Может ли коэффициент полезного действия в цикле Карно быть равным 100%?

Ответ. Нет. КПД цикла карно будет равен 100% только в случае, если температура холодильника будет равна абсолютному нулю, а это невозможно.

Если у вас остались вопросы по теме тепловых двигателей и цикла Карно, вы можете смело задавать их в комментариях. А если нужна помощь в решении задач или других примеров и заданий, обращайтесь в профессиональный студенческий сервис.

Расчёт КПД наклонной плоскости — Физика дома

Задача на расчёт КПД наклонной плоскости. Вопросы подобного типа вполне могут встретиться и на ЕГЭ, и на ГИА. Задачи этого типа — не самые сложные. Но, как и при решении любой задачи, есть некоторые нюансы, которые надо знать.

По наклонному помосту длиной 8 м и высотой 1,6 м втаскивают груз массой 225 кг. Найдите КПД наклонной плоскости, если коэффициент трения равен 0,1.

Как и любую другую задачу на расчёт КПД, эту задачу необходимо начинать решать с записи формулы для определения КПД (коэффициента полезного действия).

Конкретно для решения этой, ещё нужно нарисовать рисунок.

Далее требуется определить, какая работа является полезной, а какая работа затраченная.

Полезная работа — это то, что необходимо выполнить в задаче (здесь — поднять тело на высоту h). Затраченная работа — это работа, при совершении которой часть энергии идёт на работу по преодолению силы трения.

Записываем формулы для определения работы полезной и работы затраченной.  И, используя алгоритм для решения задач на законы динамики, вычисляем силы, которые надо приложить для выполнения работы.

Важно! При определении работы полезной и работы затраченной задайте вопрос: что необходимо сделать в задаче и за счёт чего эта задача может быть выполнена. Таким образом можно очень быстро понять, где какую работу (энергию) подставлять в формулу для расчёта КПД.

И не только наклонной плоскости.

 

Вы можете оставить комментарий, или поставить трэкбек со своего сайта.

Написать комментарий

Расчет КПД

Машинный агрегатСовокупность механизмов двигателя, передаточных механизмов и механизмов рабочей машины.

Рассмотрим отдельно установившееся движение. Для каждого полного цикла этого движения приращение кинетической энергии равно нулю:

∑(mv2)/2-∑(mv02)/2=0 (1)

Механическим коэффициентом полезного действия (к.п.д.) называется отношение абсолютной величины работы сил производственных сопротивлений к работе всех движущих сил за цикл установившегося движения. В соответствии с этим можно написать формулу:

К. П.Д. определяется по формуле: η=Ап. с/Ад (2)

Где: Апс — работа производственных сил;

Ад — работа движущих сил.

Отношение работы АТ непроизводственных сопротивлений к работе движущих сил принято обозначать через Ψ и называть коэффициентом механических потерь. В соответствии с этим формулу можно записать так:

η = АТ /АД= 1 – Ψ (3)

Чем меньше в механизме работ непроизводственных сопротивлений, тем меньше его коэффициент потерь и тем совершеннее механизм в энергетическом отношении.

Из уравнения следует: т. к. ни в одном механизме работа АТ не производственных сил сопротивлений, сил трения (трения коченея, трение скольжение, сухое, полусухое, жидкостное, полужидкостное), практически не может, равняться нулю, то кпд не может равняться нулю.

Из формулы (2) следует, что кпд может быть равен нулю если

АТ = АД

Значит, кпд равен нулю, если работа движущих сил равна работе всех сил непроизводственных сопротивлений, которые имеются в механизме. В этом случае движение является возможным, но без совершения какой либо работы. Такое движение механизма называют движением в холостую.

КПД не может быть меньше нуля, т. к. для этого необходимо, чтобы отношение работ АТ / АД было больше единицы:

АТ / АД >1 или АТ > АД

Из этих неравенств следует, что если механизм, удовлетворяющий указанному условию, находится в покое, то действительного движения не произойти не может, Это явление носит название Самоторможения механизма. Если же механизм находится в движении. То под действием сил непроизводственных сопротивлений он постепенно будет замедлять вой ход, пока не остановится (затормозится). Следовательно, получении при теоретических расчётах отрицательного значения кпд служит признаком самоторможения механизма или невозможности движения в заданном направлении.

Таким образом, кпд механизма может изменяться в пределах:

0 ≤η< 1 (4)

Из формулы (2) следует, что кпд Ψ изменяется в пределах: 0 ≤η< 1

Взаимосвязь машин в машинном агрегате.

Каждая машина представляет собой комплекс соединенных определенным образом механизмов, а некоторые сложные могут быть расчленены на более простые, то имея возможность вычислить К. П.Д. простых механизмов или же имея в своем распоряжении определенные значения К. П.Д. простых механизмов, можно найти полный К. П.Д. машины, составленный из простых элементов в любой их комбинации.

Все возможные случаи передачи движения и силы можно разделить на случаи: последовательного, параллельного и смешанного соединения.

При расчете К. П.Д. соединений будем брать агрегат, состоящий из четырёх механизмов которого: N1=N2=N3=N4, η1=η2=η3=η4=0.9

Движущую силу (АД) принимаем = 1,0

Рассмотрим К.П.Д. последовательного соединения.

Первый механизм приводится в движение движущими силами, которые совершают работу Ад. Так как полезная работа каждого предыдущего механизма, затрачивается на производственные сопротивления, является работой движущих сил для каждого последующего, то К. П.Д. η первого механизма равен:

η=А1/Ад

Второго — η =А2/А1

Третьего – η=А3/ А2

Четвертого – η=А4/ А3

Общий коэффициент полезного действия η1n=Аn/Ад

Значение этого коэффициента полезного действия может быть получена, если перемножить все отдельные коэффициенты полезно действия η1, η2,η3,η4. Имеем

η=η1*η2*η3*η4=(А1/АД)*(А2/А1)*(А3 /А2)*(А4/А3)=Аn/Ад (5)

Таким образом, общий механический коэффициент полезного действия последовательного соединения механизмов равняется произведению механических коэффициентов полезного действия отдельных механизмов, составляющих одну общую систему.

η=0,9*0,9*0,9*0,9=0,6561=Ап. с.

Рассмотрим К.П.Д. параллельного соединения.

При параллельном соединении механизмов может, быть может быть два случая: от одного источника двигательной силы мощность передаётся нескольким потребителям, несколько источников параллельно питают одного потребителя. Но мы рассмотрим первый вариант.

При таком соединении: Ап. с.=А1+А2+А3+А4

Если К. П.Д. у каждого механизма одинаковый то и мощность будет распределяться на каждый механизм одинаково: ∑КI=1 то ⇒ К1=К2=К3=К4=0,25.

Тогда: η=∑Кi*ηi (6)

η =4(0.25*0.90)=0.90

Таким образом, общий К. П.Д. параллельного соединения как сумма произведений каждого отдельного участка цепи агрегата.

Рассмотрим К.П.Д смешанного соединения.

В этом случае есть и последовательное и параллельное соединение механизмов.

В этом случае мощность Ад передаётся на два механизма (1,3), а от них на остальные (2,4)

Т. к. η1*η2=А2 и η3*η4=А4, а К1=К2=0,5

Сумма А2 и А4 равна Ап. с. то из формулы (1) можно найти К. П.Д. системы

η=К1*η1*η2+К2*η3*η4 (7)

η=0,5*0,9*0,9+0,5*0,9*0,9=0,405+0,405=0,81

Таким образом, общий К. П.Д. смешанного соединения равняется как сумма произведений механических коэффициентов соединенных последовательно умноженное на часть движущей силы.

Пути повышения К.П.Д.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими, действия равно: Действительное же значение КПД из-за различного рода энергетических потерь приблизительно равно 40%. Максимальный КПД — около 44% — имеют двигатели внутреннего сгорания. Коэффициент полезного действия любого теплового двигателя не может превышать максимально возможного значения 40-44%.

Вывод: при рассмотрении каждого соединения механизмов в отдельности можно сказать, что наибольший кпд у параллельного соединения он равен η=0,9. Следовательно в агрегатах нужно стараться использовать параллельное соединение или максимально приблежонное к нему.

Максимальный кпд тепловых машин (теорема Карно)

Главное значение полученной Карно формулы (5.12.2) для КПД идеальной машины состоит в том, что она определяет максимально возможный КПД любой тепловой машины.

Карно доказал, основываясь на втором законе термодинамики*, следующую теорему: любая реальная тепловая машина, работающая с нагревателем температуры Т1 и холодильником температуры Т2, не может иметь коэффициент полезного действия, превышающий КПД идеальной тепловой машины.

* Карно фактически установил второй закон термодинамики до Клаузиуса и Кельвина, когда еще первый закон термодинамики не был сформулирован строго.

Рассмотрим вначале тепловую машину, работающую по обратимому циклу с реальным газом. Цикл может быть любым, важно лишь, чтобы температуры нагревателя и холодильника были Т1 и Т2.

Допустим, что КПД другой тепловой машины (не работающей по циклу Карно) η’ > η. Машины работают с общим нагревателем и общим холодильником. Пусть машина Карно работает по обратному циклу (как холодильная машина), а другая машина — по прямому циклу (рис. 5.18). Тепловая машина совершает работу, равную согласно формулам (5.12.3) и (5.12.5):

(5.12.11)

Рис. 5.18

Холодильную машину всегда можно сконструировать так, чтобы она брала от холодильника количество теплоты Q2 = ||

Тогда согласно формуле (5.12.7) над ней будет совершаться работа

(5. 12.12)

Так как по условию η’ > η, то А’ > А. Поэтому тепловая машина может привести в действие холодильную машину, да еще останется избыток работы. Эта избыточная работа совершается за счет теплоты, взятой от одного источника. Ведь холодильнику при действии сразу двух машин теплота не передается. Но это противоречит второму закону термодинамики.

Если допустить, что η > η‘, то можно другую машину заставить работать по обратному циклу, а машину Карно — по прямому. Мы опять придем к противоречию со вторым законом термодинамики. Следовательно, две машины, работающие по обратимым циклам, имеют одинаковые КПД: η‘ = η.

Иное дело, если вторая машина работает по необратимому циклу. Если допустить η‘ > η, то мы опять придем к противоречию со вторым законом термодинамики. Однако допущение т|’ < г| не противоречит второму закону термодинамики, так как необратимая тепловая машина не может работать как холодильная машина. Следовательно, КПД любой тепловой машины η≤ η, или

Это и есть основной результат:

(5.12.13)

Кпд реальных тепловых машин

Формула (5.12.13) дает теоретический предел для максимального значения КПД тепловых двигателей. Она показывает, что тепловой двигатель тем эффективнее, чем выше температура нагревателя и ниже температура холодильника. Лишь при температуре холодильника, равной абсолютному нулю, η = 1.

Но температура холодильника практически не может быть намного ниже температуры окружающего воздуха. Повышать температуру нагревателя можно. Однако любой материал (твердое тело) обладает ограниченной теплостойкостью, или жаропрочностью. При нагревании он постепенно утрачивает свои упругие свойства, а при достаточно высокой температуре плавится.

Сейчас основные усилия инженеров направлены на повышение КПД двигателей за счет уменьшения трения их частей, потерь топлива вследствие его неполного сгорания и т. д. Реальные возможности для повышения КПД здесь все еще остаются большими. Так, для паровой турбины начальные и конечные температуры пара примерно таковы: Т1 = 800 К и Т2 = 300 К. При этих температурах максимальное значение коэффициента полезного действия равно:

Действительное же значение КПД из-за различного рода энергетических потерь приблизительно равно 40%. Максимальный КПД — около 44% — имеют двигатели внутреннего сгорания.

Коэффициент полезного действия любого теплового двигателя не может превышать максимально возможного значения , где Т1 абсолютная температура нагревателя, а Т2 абсолютная температура холодильника.

Повышение КПД тепловых двигателей и приближение его к максимально возможному важнейшая техническая задача.

Доказана универсальность формулы для максимального КПД реальной тепловой машины

Сади Карно в XIX веке вывел формулу для максимального КПД идеальной тепловой машины с нулевой мощностью. Результат для реальных тепловых машин был получен в частном случае 30 лет назад. И только сейчас удалось доказать, что этот результат является универсальным законом неравновесной термодинамики.

Эффективность любого двигателя характеризуется его коэффициентом полезного действия, КПД. Чем выше КПД машины, тем больше полезной работы она производит при тех же самых энергозатратах.

Конечно, двигатели бывают очень сложные, однако их, как правило, можно разложить на отдельные простые рабочие блоки. Примером такого простого блока служит тепловая машина — двигатель, который работает исключительно на перепаде температур между горячим и холодным телами без использования каких-либо иных источников энергии. Так возникает один из ключевых вопросов энергетики: каким максимальным КПД может обладать тепловая машина при фиксированной температуре горячего (T0) и холодного (T1) тел?

В принципе, этот вопрос был решен еще в позапрошлом веке французским физиком Сади Карно. Его формула, давно вошедшая в школьные учебники, гласит:

Впрочем, столь высокий КПД достижим только в идеальном случае тепловой машины Карно, а она, к сожалению, обладает бесконечно малой мощностью и потому не представляет интереса для техники. В этом случае встает иной вопрос: каков максимальный КПД мощной тепловой машины?

Исчерпывающий ответ на этот, казалось бы, классический вопрос был дан буквально на днях. Автор статьи C. Van der Broeck, Physical Review Letters, 95 190602 (2 November 2005) на двух страницах доказал, что наибольший КПД максимально мощной тепловой машины составляет

Для сравнения: если тепловая машина нагревается за счет водяного пара, а охлаждается за счет льда, то КПД Карно составляет 27%, а КПД мощной машины равен всего 14%.

Интересно, что эта формула была выведена еще 30 лет назад, правда лишь для одного конкретного случая. Простота формулы наводила на мысль, что тот же результат верен и для других тепловых машин, но долгое время отсутствовало строгое доказательство этого предположения. Именно это доказательство и нашел бельгийский физик, превратив, таким образом, частный факт в новый универсальный закон линейной неравновесной термодинамики.

Игорь Иванов

Формула для нахождения кпд

Каждая машина потребляет большую мощность, чем отдает, поскольку в ней происходят потери мощности (за счет трения, сопротивления воздуха, нагревания и т.д.)

Коэффициент полезного действия представляет собой отношение отдаваемой мощности к подводимой мощности.

Если:
η — Коэффициент полезного действия, КПД
Pотд — Отданная мощность, т.е. полезная или эффективная мощность, равная подведенной мощности минус мощность потерь,
Pподв — подведенная мощность, называемая также номинальной, приводной или индикаторной мощностью

Часто бывает целесообразно определить КПД не как отношение мощностей, а как отношение работ, особенно в тех случаях, когда работа над телом совершается не одновременно с работой, производимой самим телом, и с другой скоростью (например, растяжение и сжатие пружины). Поэтому КПД определяют также следующим образом:

Для оценки эффективности расхода энергии на выполнение работы необходимо выяснить, как найти КПД. Полученные сведения пригодятся для оптимизации параметров электрических компонентов цепи, рычагов и других передаточных механизмов. С помощью предварительных вычислений можно увеличить длительность действия автономного источника питания, решить другие практические задачи.

Что такое КПД источника тока

Неподвижный заряд не выполняет работу. Уменьшение энергетического запаса в аккумуляторе происходит за счет химических реакций. Фактически это свидетельство несовершенства конструкции.

После подключения источника к проводникам с подключенной нагрузкой заряды перемещаются по цепи, выполняя определенную работу. Полезная составляющая мощности (Pпол) определяется параметрами внешнего контура. Полная (Pп) – содержит совокупные затраты. Если электротехник пользуется привычными терминами, он быстро установит для коэффициента полезного действия формулу:

КПД = Рпол/Рп = (U*I)/(Е*I) = U/E.

Для чего нужен расчет КПД

Наглядный пример недостаточно эффективного устройства – классическая лампа накаливания. Пропускание тока через вольфрамовую спираль повышает температуру проводника. В рабочем режиме значительное количество потребляемой мощности расходуется на генерацию излучения. Однако к видимой части диапазона относится только небольшая часть спектра. Так как вырабатываемая теплота не выполняет полезного действия, соответствующие энергетические затраты следует узнавать по излишним.

Если выразить КПД через мощность в этом случае, следует одновременно учесть долговечность. Эта методика повышает точность оценки, так как подразумевает необходимость периодической замены испорченного излучателя.

В типовом рабочем режиме лампа накаливания нагревает нить до 2600-2800К. При таком значении срок службы составляет 900-1200 часов, КПД – от 5 до 7%. Увеличить эффективность в 2-5 раз можно повышением температуры до 3400-3600К. Однако в этом варианте долговечность уменьшается до 5-6 часов. Подобные практические характеристики нельзя признать удовлетворительными.

Эта таблица демонстрирует превосходство экономичных источников света. Срок службы современных светодиодов измеряется десятками тысяч часов. Даже на завершающих этапах рабочих циклов обеспечиваются высокая яркость и качественное распределение спектральных составляющих.

Нахождение тока в полной цепи

Для изучения эффективности потребления энергии в электротехнике можно использовать базовые формулы. В полной цепи по базовому определению рассматривают источник тока (I) с внутренним сопротивлением (r). Подключенная нагрузка потребляет определенную мощность. Она характеризуется электрическим сопротивлением R.

Прохождение тока по такой цепи обеспечивает энергия источника, которая определена значением электродвижущей силы (ЭДС – E). Ее можно выразить как отношение выполненной сторонними силами работы (A) по передвижению заряда (q) с положительным знаком по соответствующему контуру. С учетом известной формулы I= q/t несложно определить зависимость между рассматриваемыми величинами:

где t – контрольный временной интервал.

Отдельно можно рассмотреть участки с внутренним и внешним сопротивлением. Каждый из них выделяет определенное законом Джоуля-Ленца количество теплоты Q = I2 * R * t. Так как энергия не пропадает бесследно, можно сделать правильный вывод о равенстве Q = A. Подставив значения в исходное выражение, получают:

ЭДС полной цепи вычисляется сложением двух падений напряжений на внутреннем и внешнем участке. Элементарное преобразование позволяет узнать силу тока в соответствующем проводнике:

Расчет КПД электрической цепи

После определения основных параметров можно перейти к изучению эффективности системы. Для вычисления КПД обозначение потребления электроэнергии удобно сделать по стандартным формулам.

Выполняемая работа в цепи определяется количеством перемещенных зарядов, а также скоростью данного процесса. Для объективной оценки последнего параметра измерения выполняют с учетом определенных временных интервалов (Δt). Работу и мощность можно определить следующими формулами:

Как и в классической механике, работу можно измерить в джоулях (Дж). Мощность, по стандартам СИ, указывают в ваттах (Вт). Зависимость между отмеченными единицами:

Вт = Дж/ с (для электрических цепей вольт * ампер).

Для обозначения КПД символ «η» применяют в типовых формулах. Базовое определение с учетом приведенных замечаний можно преобразовать следующим образом:

где:

  • A – выполненная работа;
  • Q – энергия, полученная из источника.

Любое подключенное устройство характеризуется определенными потерями. Резистор выделяет тепло. Трансформатор тратит часть энергии на преобразование электромагнитных волн. На примере лампы накаливания показана низкая эффективность изделия. С применением КПД увеличивают объективность оценки разных систем, подключаемых потребителей, генераторов. В следующем пункте представлена технология проверки силовых агрегатов.

Методика и порядок измерений

Идеальные условия можно рассматривать только в теории. Для корректной оценки замкнутой системы необходимо учитывать энергетические потери на выполнение необходимой работы. Ниже показано, как определить КПД механических силовых агрегатов с применением разных исходных данных.

Движению поршня в блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания препятствует сила трения. Поступательно-возвратные движения в ходе стандартного цикла преобразуются во вращение вала с дополнительными потерями. Высокая температура не выполняет в данном случае полезные функции. Чтобы не допустить разрушения агрегата, необходимо поддерживать определенный тепловой режим. Приходится обеспечить циркуляцию охлаждающей жидкости с помощью помпы.

Понятно, что в подобном случае сделать общий КПД расчет с учетом каждого компонента конструкции непросто. Однако можно узнать в ходе эксперимента с высокой точностью, какое количество топлива (масса – m) придется затратить на 100 км пробега машины за соответствующее время (t). Далее нужно взять из сопроводительной документации (справочников) следующие данные:

  • мощность мотора – Рм;
  • удельную теплоту бензина – У.

В этом варианте для расчета КПД двигателя формула преобразуется следующим образом:

Для отображения результата в % итоговое значение умножают на 100.

Если мощность силового агрегата не известна, определять эффективность можно по массе авто (Mа). Измерять ее несложно с помощью промышленных весов (на станции техосмотра, элеваторе). В ходе эксперимента разгоняются с места до контрольной скорости (v). Массу топлива вычисляют по объему (переведенному из литров в м кв.), который умножают на плотность (справочная величина в кг на куб. м).

В этом случае КПД расчет находят по формуле:

η = (Mа * v2)/(2 * У * m).

Следует перевести предварительно скорость из км/час в м/с.

Проще измеряется эффективность электродвигателя с паспортной мощностью (P). Его подключают к источнику питания с известным напряжением (U). После выхода на стабильную частоту вращения фиксируют значение тока (I) в цепи. Далее применяют классическую формулу:

Если сопроводительная документация отсутствует, технические параметры берут с официального сайта производителя. Однако и в этом случае следует понимать ограниченную точность подобных данных. В процессе эксплуатации характеристики могут ухудшиться за счет естественного износа. Погрешность увеличивается после длительной интенсивной эксплуатации, при подключении редуктора или другого переходного устройства.

Значительно улучшить точность можно с применением простой методики:

  • устанавливают на вал шкив с закрепленным тросом;
  • поднимают на контрольную высоту (h) груз c массой m;
  • секундомером фиксируют время (t) на выполнение этой работы;
  • мультиметром измеряют напряжение (U) и силу тока (I) на клеммах источника питания и в разрыве цепи, соответственно.

Для нахождения КПД в физике формула выглядит следующим образом:

η = (m * h * g)/(I * U * t),

где g – это гравитационная постоянная (9,80665).

Эффективность любого силового агрегата определяют по соотношению полезной работы к расходованной энергии. Чтобы корректно определять класс техники, пользуются переводом в проценты. Следует подчеркнуть, что значение больше 100% обозначает ошибку в расчетах. Создатель подобного агрегата станет «властелином мира», так как изобретет вечный двигатель.

Видео

  • Как найти коэффициент полезного действия
  • Что такое коэффициент мощности
  • Как рассчитать эффективность
  • — автомобиль;
  • — термометр;
  • — калькулятор.
  • как определить кпд

1. Затраты энергии вы должны оценивать в одних и тех же единицах.

2. Затраченная всей системой энергия не может быть меньше потраченной непосредственно на достижение результата, то есть КПД не может быть больше 100%.

  • как посчитать энергии

Содержание статьи

Формула расчета

Одна из первых формул расчета выглядела так:
R=K x (350 – 20 x L) + Ddmg x (0,2 + 1,5 / L) + S x 200 + Ddef x 150 + C x 150

Сама формула приведена на картинке. В этой формуле имеются следующие переменные:
— R – боевая эффективность игрока;
— К – среднее количество уничтоженных танков (общее количество фрагов, деленное на общее количество боев):
— L – средний уровень танка;
— S – среднее количество обнаруженных танков;
— Ddmg – среднее количество нанесенного урона за бой;
— Ddef – среднее количество очков защиты базы;
— С – среднее количество очков захвата базы.

Значение полученных цифр:
— менее 600 – плохой игрок; такой КПД имеют около 6% всех игроков;
— от 600 до 900 – игрок ниже среднего; такой КПД имеют 25% всех игроков;
— от 900 до 1200 – средний игрок; такую эффективность имеют 43% игроков;
— от 1200 и выше – сильный игрок; таких игроков около 25%;
— свыше 1800 – уникальный игрок; таких не более 1%. ((WINRATE — 35) x 0.134))) — 500) x 0.45 + (6-MIN(TIER,6)) x 60

В этой формуле:
MIN (TIER,6) – средний уровень танка игрока, если он больше 6, используется значение 6
FRAGS – среднее количество уничтоженных танков
TIER – средний уровень танков игрока
DAMAGE – средний урон в бою
MIN (DEF,2,2) – среднее количество сбитых очков захвата базы, если значение больше 2,2 используется 2,2
WINRATE – общий процент побед

Как видно, в этой формуле не учитываются очки захвата базы, количество фрагов на низкоуровневой технике, процент побед и влияние начального засвета на рейтинге сказываются не очень сильно.

Компания Wargeiming ввела в обновлении показатель личного рейтинга эффективности игрока, который рассчитывается по более сложной формуле, учитывающей все возможные статистические показатели.

Как повысить эффективность

Из формулы Кх(350-20хL) видно, что чем выше уровень танка, тем меньшее количество очков эффективности получается за уничтожение танков, зато большее за нанесение урона. Поэтому, играя на низкоуровневой технике, старайтесь брать больше фрагов. На высокоуровневой – наносить больше урона (дамага). Количество очков полученных или сбитых очков захвата базы на рейтинг влияют несильно, причем за сбитые очки захвата очков КПД начисляется больше, чем за полученные очки захвата базы.

Поэтому большинство игроков улучшают свою статистику, играя на танках низших уровней, в так называемой песочнице. Во-первых, большинство игроков на низших уровнях – новички, не имеющие навыков, не использующие прокачанный экипаж с умениями и навыками, не использующие дополнительное оборудование, не знающие преимуществ и недостатков того или иного танка.

Независимо от того, на какой технике играете, старайтесь сбивать как можно большее количество очков захвата базы. Взводные бои сильно повышают рейтинг эффективности, так как игроки во взводе действуют скоординировано и чаще добиваются победы.

Содержание статьи

Понятие коэффициента полезного действия (КПД) может быть применено к самым различным типам устройств и механизмов, работа которых основана на использовании каких-либо ресурсов. Так, если в качестве такого ресурса рассматривать энергию, используемую для работы системы, то результатом этого следует считать объем полезной работы, выполненной на этой энергии.

В общем виде формулу КПД можно записать следующим образом: n = A*100%/Q. В данной формуле символ n применяется в качестве обозначения КПД, символ A представляет собой объем выполненной работы, а Q — объем затраченной энергии. При этом стоит подчеркнуть, что единицей измерения КПД являются проценты. Теоретически максимальная величина этого коэффициента составляет 100%, однако на практике достигнуть такого показателя практически невозможно, так как в работе каждого механизма присутствуют те или иные потери энергии.

КПД двигателя

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС), представляющий собой один из ключевых компонентов механизма современного автомобиля, также представляет собой вариант системы, основанной на использовании ресурса — бензина или дизельного топлива. Поэтому для нее можно рассчитать величину КПД.

Несмотря на все технические достижения автомобильной промышленности, стандартный КПД ДВС остается достаточно низким: в зависимости от использованных при конструировании двигателя технологий он может составлять от 25% до 60%. Это связано с тем, что работа такого двигателя сопряжена со значительными потерями энергии.

Так, наибольшие потери эффективности работы ДВС приходятся на работу системы охлаждения, которая забирает до 40% энергии, выработанной двигателем. Значительная часть энергии — до 25% — теряется в процессе отведения отработанных газов, то есть попросту уносится в атмосферу. Наконец, примерно 10% энергии, вырабатываемой двигателем, уходит на преодоление трения между различными деталями ДВС.

Поэтому технологи и инженеры, занятые в автомобильной промышленности, прилагают значительные усилия для повышения КПД двигателей путем сокращения потерь по всем перечисленным статьям. Так, основное направление конструкторских разработок, направленное на уменьшение потерь, касающихся работы системы охлаждения, связано с попытками уменьшить размер поверхностей, через которые происходит теплоотдача. Уменьшение потерь в процессе газообмена производится преимущественно с использованием системы турбонаддува, а снижение потерь, связанных с трением, — посредством применения более технологичных и современных материалов при конструировании двигателя. Как утверждают специалисты, применение этих и других технологий способно поднять КПД ДВС до уровня 80% и выше.

Калькулятор КПД

Этот калькулятор КПД представляет собой простой инструмент для расчета отношения полезной выходной энергии к затраченной энергии. Вы можете использовать его для определения пропорций тепловой энергии, электроэнергии, механической работы или даже химической энергии. Продолжайте читать, чтобы узнать, как рассчитать эффективность в каждом из этих случаев, и узнать, каковы реальные применения формулы эффективности.

Что такое эффективность?

Эффективность определяется как отношение выходной энергии к вложенной энергии.Каждый раз, когда вы подаете энергию или тепло к машине (например, к двигателю автомобиля), определенная часть этой энергии тратится впустую, и лишь некоторая часть преобразуется в фактическую производительность труда. Чем эффективнее машина, тем выше производительность.

Особым видом эффективности является эффективность Карно. Он определяется как эффективность двигателя Карно, который является идеальным двигателем, максимально увеличивающим выходную мощность.

Как рассчитать КПД?

Для расчета КПД необходимо применить следующую формулу:

η = Eвых. / Ein * 100%

где:

  • η — КПД (выраженный в процентах),
  • Eout — выход энергии (в джоулях), а
  • Ein — подводимая энергия (также в Джоулях).

Результатом будет число от 0% до 100%. КПД, равный 0%, означает, что вся энергия тратится впустую, а выход энергии равен нулю. С другой стороны, 100% -ный КПД означает, что нет никаких потерь энергии.

Основной закон сохранения энергии гласит, что вы не можете создавать энергию. Из этого следует, что КПД любой машины никогда не может превышать 100%. Тем не менее, вы, вероятно, встретите статьи, в которых говорится, что светодиодные фонари или тепловые насосы могут иметь КПД 300% и более.

Как это возможно? Кажущаяся эффективность 300% является результатом определения эффективности, которое мы используем. Электрическая мощность, подаваемая на светодиодные лампы, может быть на самом деле ниже выходной мощности, но это не означает, что энергия была создана в процессе. Это просто означает, что свет получил некоторую тепловую энергию из окружающей среды и преобразовал ее в выходную энергию. Поскольку мы не можем измерить эти дополнительные входные данные, кажущаяся эффективность превышает 100%.

Реальные приложения

Даже если вы, вероятно, этого не замечаете, мы применяем определение эффективности к другим явлениям реальной жизни.Некоторые примеры включают:

  • Возврат инвестиций (ROI) . Если вы посмотрите на формулу ROI более внимательно, вы увидите, что она аналогична уравнению эффективности. Это значение описывает, какова «эффективность» ваших вложений. В отличие от энергоэффективности показатель ROI может (и фактически должен) превышать 100%.

  • Топливная эффективность . Несмотря на то, что формула MPG (миль на галлон) не связана напрямую с уравнением эффективности, она описывает, насколько эффективно ваш двигатель преобразовывает топливо в фактическую мощность.Чем менее эффективен двигатель, тем больше топлива ему нужно, чтобы преодолеть такое же расстояние.

Эффективность и расчеты — Повествование о физике

Простой вид двигателя

Один вид двигателя — это сложная сборка проводов, магнитов, осей, щеток и коммутаторов. Есть много различных конструкций электродвигателей (например,грамм. щеточный постоянный ток, шаговый постоянный ток, синхронный переменный ток) и значительные навыки используются для адаптации конструкции к конкретной задаче. Это может быть приложение с особенно высоким крутящим моментом, возможно, для создания больших ускорений для электрического спортивного автомобиля, или приложение, в котором рабочая мощность очень мала, но очень мало энергии может быть потрачено впустую, например, в автомобиле на солнечной энергии.

Намного более простой вид можно получить, разработав описание с точки зрения запасов энергии или мощности в проводящих путях.

Рабочая мощность и максимальная мощность

У двигателей много рабочих мощностей.Даже в быту можно найти моторы, предназначенные для перемешивания одежды в стиральной машине, приготовления супа, измельчения кофе или вращения жесткого диска портативного музыкального плеера. В последнем примере требуется точное движение, но, возможно, ненадолго. Воспроизведение музыки зависело от точного вращения от 78 об / мин (оборотов в минуту) синглов, через стабильную высокую скорость для аудио CD-ROM, до стабильно высокой скорости для жестких дисков (7200 об / мин обычно доступны на момент написания. ).Возможно, плееры с флэш-памятью вытеснят как жесткие диски, так и портативные аудиокассетные плееры, поскольку им нужны очень точные двигатели, чтобы протягивать ленту по голове со скоростью 178 дюймов в секунду. Тем не менее, если роботы будут играть какую-либо роль в будущем, инженерам будет очень необходимо разрабатывать двигатели с диапазоном точности и номинальной мощности.

Но есть более простая точка зрения (а физикам нравятся более простые точки зрения), которая дает руководство для всей этой инженерной мысли. Двигатель — это просто устройство, предназначенное для переключения с электрического пути на механический, поэтому это своего рода преобразователь.Идеальный двигатель переключит всю мощность — без потерь.

Используйте аккумулятор для привода двигателя, который поднимает поддон (например, на автопогрузчике). Затем описание устройства / пути обеспечивает полезный уровень детализации для одного стратегического представления инженерных требований. Еще более абстрактное представление дает описание магазинов, которое еще меньше касается , как? , а так даже больше ориентировались на сколько? .

Идеальное и несовершенное переключение с одного пути на другой

Инженеры очень озабочены настоящими двигателями, которые не идеальны.Совершенство — это всего лишь недостижимая цель: инженерия — это правильный компромисс.

Любой двигатель имеет значительную длину провода, в котором есть ток и на котором есть разность потенциалов, величина ограничена этим соотношением: V = R × I . Следовательно, эти провода двигателя будут нагреваться. Таким образом, более реалистичный вид двигателя — это устройство, которое переключается с электрического пути на механический рабочий путь и на путь нагрева частицами.

Менее расточительный, более эффективный двигатель — это двигатель, у которого большая часть мощности уходит в механический рабочий путь.

Так как двигатели светятся не очень сильно, то нагревом от пути излучения можно пренебречь; Другими словами, на этом пути для большинства двигателей не так много энергии, пока они не выйдут за пределы своей проектной мощности, что часто приводит к сгоранию двигателя . Это происходит, когда мощность, переключаемая с входного (электрического) пути, превышает три выходных пути (механическая обработка, нагрев частицами, нагрев излучением).Сдвинутая энергия превышает смещенную, а запас тепла увеличивается, поэтому проволока становится все горячее и горячее, пока в конце концов не расплавится.

Как посчитать скопления в магазинах в результате подъема

Обратно к мотору автопогрузчика, поднимающего поддон. Как мотор работает, так аккумулятор разряжается и груз поднимается. Чем быстрее поднимается груз, тем с большей скоростью химические вещества вступают в реакцию в аккумуляторе, и поэтому он разряжается с большей скоростью.

Двигатель переключается с электрического пути — энергия, передаваемая из химического запаса батареи, в гравитационный, накапливается с течением времени.

Мощность в электрическом тракте (заданная током и разностью потенциалов, как и раньше) и время устанавливают накопление.

Мощность в двух направлениях

Энергия, переданная в гравитационный накопитель, зависит как от силы (масса × напряженность гравитационного поля), так и от расстояния — здесь от высоты.Вы можете проверить эти связи в темах SPT: Forces и SPT: Energy. Таким образом, вы можете рассчитать энергию, смещенную в гравитационный накопитель, накапливающуюся при изменении высоты. Усилие фиксируется содержимым поддона, который поднимает вилочный погрузчик.

Энергия, накопленная в гравитационном накопителе в результате изменения высоты, может быть вычислена как масса × напряженность гравитационного поля × изменение высоты. Проверить это имеет смысл, используя единицы: килограмм × ньютон килограмм -1 × метр, что упрощается до: ньютон × метр.Возвращаясь от единиц к количеству, это сила × расстояние.

Это вычисляет энергию (более подробно см. Тему SPT: Energy).

Эти два накопления из-за электрических и механических путей будут равны, если двигатель идеален. Мы часто используем эту упрощенную модель, потому что она часто является хорошим руководством к действию. Но для реальных двигателей некоторая часть энергии неизбежно будет перемещена в тепловые накопители, поэтому накопление, рассчитанное на основе электрического пути, будет равно энергии, перемещенной в гравитационный накопитель и в эти тепловые накопители.

Формула эффективности производства: что это такое и кто ее использует

* * Эффективность производства = (фактическая производительность / стандартная производительность) x 100 **

Предприятия принимают во внимание множество факторов, принимая решение использовать свои ресурсы для производства товаров. Эффективность производства, которая является важным производственным фактором, относится к моменту выхода производства на полную мощность и максимальной эффективности.Если ваша работа связана с производством, важно понимать концепцию эффективности производства и формулу эффективности производства. В этой статье мы объясняем определение эффективности производства, формулу эффективности производства, как использовать формулу эффективности производства и кто использует формулу эффективности производства.

Что такое эффективность производства?

Эффективность производства — это момент, когда производство выходит на полную мощность. На этом этапе вы используете все свои ресурсы и не можете производить больше продуктов, не отказываясь от производства другого продукта.Это означает, что эта точка является наиболее эффективным уровнем производства и может позволить вам производить товары с наименьшими затратами для вашего бизнеса. Следовательно, важно понимать эффективность производства, чтобы вы могли принять оптимальные решения для своей компании.

Эффективность производства можно визуализировать с помощью границы производственных возможностей (PPF). PPF — это кривая на графике, которая показывает различные комбинации результатов производства, когда вы производите два товара из одних и тех же ресурсов.Анализ PPF может помочь вам найти точку, в которой эффективность производства наиболее высока.

Связанный: Что такое эффективность производства?

Какова формула эффективности производства?

Формула эффективности производства — это простая формула, которую вы можете использовать для расчета эффективности производства на основе данных вашей компании. Формула эффективности производства:

Эффективность производства = (фактическая производительность / стандартная производительность) x 100

Формула означает, что эффективность производства равна фактической производительности, деленной на стандартную производительность, умноженную на 100%.Чтобы использовать формулу эффективности производства, вам необходимо знать два важных фактора:

  • Фактическая производительность: Фактическая производительность вашего предприятия — это ваши фактические затраты, разделенные на фактическую производительность. По сути, фактическая скорость вывода описывает фактически полученный результат.
  • Стандартная скорость вывода: Стандартная скорость вывода вашего бизнеса — это ваша работа, произведенная за определенную единицу времени. Стандартная скорость вывода описывает результат, который может произойти, в отличие от фактической скорости вывода, которая описывает результат, который действительно произошел.Вы можете использовать исторические данные своего бизнеса, чтобы определить стандартную скорость вывода.

Связано: Как решать простые уравнения (с примерами)

Как использовать формулу эффективности производства

Вот три простых шага, которые вы можете выполнить для расчета эффективности производства с помощью формулы эффективности производства:

1. Найдите фактическую производительность

Первым шагом к использованию формулы эффективности производства является определение фактической производительности.Вы можете рассчитать фактическую производительность, разделив единицу времени на количество произведенных продуктов. Например, если вы управляете малым бизнесом, который производит 24 ожерелья ручной работы за восемь часов, ваша фактическая производительность составляет три ожерелья ручной работы в час.

24 ожерелья ручной работы / 8 часов = 3 ожерелья ручной работы в час

Связано: 39 Общие коммерческие термины

2. Найдите стандартную производительность

Следующим шагом к использованию формулы эффективности производства является поиск ваша стандартная скорость вывода.Вы можете рассчитать стандартную производительность, определив объем работы, которую средний рабочий может произвести за единицу времени. Вы можете определить это значение, просмотрев исторические данные вашего бизнеса. Используя тот же пример, если ваша компания может произвести в среднем 16 высококачественных ожерелий ручной работы за восемь часов, ваша стандартная производительность составляет два ожерелья ручной работы в час.

16 ожерелий ручной работы / 8 часов = 2 ожерелья ручной работы в час

3. Примените формулу эффективности производства

Как только вы узнаете фактическую производительность и стандартную производительность, вы можете применить формулу эффективности производства.Включите свои ценности в формулу, чтобы найти решение для повышения эффективности производства. Во-первых, разделите фактическую скорость вывода на стандартную скорость вывода. Затем умножьте полученную сумму на 100%. Полученная сумма представляет собой эффективность производства.

Следовательно, если ваша средняя производительность составляет три ожерелья в час, а стандартная производительность — два ожерелья в час, эффективность производства составляет 150%. Это означает, что ваш бизнес по производству ожерелий ручной работы работает с высокой эффективностью.

(3 ожерелья ручной работы / 2 ожерелья ручной работы) x 100 = эффективность производства

(3/2) x 100 = 150%

Связано: Как измерить производительность и повысить эффективность на рабочем месте

Кто использует формулу эффективности производства?

Люди многих профессий могут использовать формулу эффективности производства, особенно люди, работающие в сфере экономики или производства. Владельцы бизнеса также могут использовать формулу эффективности производства, чтобы понять, как работать на полную мощность и с максимальной эффективностью.Это может помочь им принять оптимальные производственные решения для своего бизнеса и повысить его успех, в том числе:

  • Создание стратегий повышения эффективности производства
  • Снижение затрат, связанных с производством
  • Сокращение отходов, образующихся при производстве
  • Определение того, как распределять производственные ресурсы

Связанные: Эффективность бизнеса: что это такое и как ее улучшить

Советы по повышению эффективности производства

Вот несколько советов, которые вы можете использовать для повышения эффективности производства вашего бизнеса:

Измените то, как вы распределяете свои производственные ресурсы

Один совет по повышению эффективности производства — это изменение способа распределения производственных ресурсов вашим бизнесом.Вы можете сделать это, изменив материалы, которые вы используете для производства товаров, уменьшив производственные отходы, изменив способ упаковки продуктов и приняв другие меры.

Связано: Что такое управление ресурсами? Руководство по распределению ресурсов и планированию

Измерьте свою производительность

Еще один совет по повышению эффективности вашего производства — это измерение эффективности вашего бизнеса. Вы можете создавать ключевые показатели эффективности (KPI) и другие показатели, которые помогут вам измерить эффективность вашего бизнеса.Периодическое измерение вашей производительности может помочь вам определить конкретные области или процессы, которые ваш бизнес может улучшить, чтобы повысить эффективность производства.

Оптимизация рабочих процессов

Оптимизация рабочих процессов — еще один способ повысить эффективность производства. Вы можете оптимизировать рабочие процессы своего бизнеса, организовав рабочее пространство, так как это может помочь сотрудникам сократить время своей работы. Вы также можете оптимизировать свои рабочие процессы, стандартизировав частые процессы.Стандартизация процессов может помочь сотрудникам быстро завершить процессы и достичь желаемых результатов. Вы можете начать стандартизацию процессов с создания руководящих принципов, объясняющих важные шаги и цели каждого процесса.

Эффективность машин Рона Куртуса

SfC Home> Физические науки> Машины>

Рона Куртуса (от 27 июня 2016 г.)

КПД машины показывает, насколько хорошо его входная энергия преобразуется в полезную выходную энергию или работу.Это главный фактор полезности машины и представляет собой долю или процент выхода, деленный на вход.

Согласно закону сохранения энергии , общая выходная энергия или работа должна равняться общей входной энергии. Однако часть входящей энергии не влияет на выходную работу и теряется на трение и тепло.

Примеры эффективности машины включают рычаг, автомобиль и вечный двигатель.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Что такое уравнение эффективности?
  • Как соотносятся с убытками?
  • Какие примеры эффективности?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц



Уравнение эффективности

Эффективность машины зависит от того, сколько энергии теряется на трение и тепло во время ее работы. Поскольку работа — это изменение кинетической энергии, эффективность машины может быть выражена как процент выходной работы, деленный на входную работу за вычетом работы, потерянной из-за трения и тепла.

Eff = W O / W I

где

  • Eff — десятичная дробь эффективности
  • Вт O — выходная работа или энергия
  • Вт I — входное усилие, работа или энергия

Умножьте Eff на 100% , чтобы получить процент эффективности .

Убытки

Согласно Закону сохранения энергии , выходная работа или энергия равна входной работе минус работа, потерянная из-за трения и тепла:

W O = W I — W Потери

Подставив W O в уравнение эффективности:

Eff = (W I — W Потери ) / W I

или

Eff = 1 — W Потери / W I

Примеры

Примеры эффективности включают рычаг и автомобиль.

Рычаг

Простой рычаг теряет около 2% или 0,02 подводимой энергии на внутреннее трение в своей точке опоры:

Вт Потери = 0,02 Вт I

Таким образом:

Eff = 1 — 0,02 Вт I / W I

Eff = 1 — 0,02

Eff = 0,98 или 98%

Автомобиль

С другой стороны, КПД автомобиля составляет всего около 15%.Около 75% энергии теряется из-за потерь тепла от двигателя, а еще 10% теряется из-за внутреннего трения, включая потери из-за трения в шинах.

Вечный двигатель

Если потери на трение и тепло равны нулю, КПД машины составляет:

Eff = W O / W O

Eff = 1,0 или 100%

Такая машина называется вечным двигателем , поскольку после запуска она будет работать вечно.Изобретатели годами работали над созданием такой машины, но безуспешно.

Сводка

Полезность машины определяется ее эффективностью. Машина преобразует силу, создаваемую входящей энергией, в выходную работу. Закон сохранения энергии требует, чтобы общая входная энергия равнялась общей выходной энергии.

Согласно закону сохранения энергии , общая выходная энергия или работа должна равняться общей входной энергии.Однако часть входящей энергии не влияет на выходную работу и теряется на трение и тепло.

Примеры эффективности машины включают рычаг, автомобиль и вечный двигатель.


Использование науки для повышения эффективности


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Эффективность машин (PDF) — Carolina Curriculum

Механическая эффективность — Википедия

Машины Ресурсы

Книги

Книги по простым машинам с самым высоким рейтингом

Книги по машинам с самым высоким рейтингом


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/machines/
эффективность.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Станки

КПД машин

Расчеты производительности и эффективности — разница

Автор shmula, Последнее обновление

Как бизнес-профессионалы, мы воспринимаем некоторые важные бизнес-концепции как должное.Сегодня мы исследуем разницу между производительностью и эффективностью, которые часто путают друг с другом, и посмотрим, смогу ли я предложить точку зрения, которая, я надеюсь, внесет некоторую ясность или, по крайней мере, добавит некоторую ценность разговору и дебатам. . Чего вы не хотите, так это показателей просто ради показателей или, что еще хуже, собачьих какашек ради показателей. Более того, не поддавайтесь аналитическому параличу.

>

В отличие от расчета взвешенной скользящей средней и того, как он может помочь нам понять тенденции во временных рядах, производительность и эффективность могут помочь нам понять нашу работу.

Рассмотрим следующее:

Пример производительности
Кол. Акций $ / Шт.
Автомобиль X 4000 8 000 долл. США
Автомобиль Y 6000 $ 9 500
Рабочее время для X 20 000 12 $ / час
Рабочие часы для Y 30 000 14 $ / час

Производительность рабочего

Часть процессов управления заключается в измерении их эффективности.

В этой статье обсуждаются 2 основных показателя процесса: производительность и эффективность.

Например,

Проще говоря, производительность измеряется так:

Производительность = Выходы / Входы

Какова производительность труда в часах для каждого типа автомобилей?

Автомобиль X: (4000 автомобилей / 20 000 часов) = 0,2 автомобилей / час
Автомобиль Y: (6000 автомобилей / 30 000 часов) = 0,2 автомобилей / час

Как насчет производительности труда в долларах?

Автомобиль X: [(4000 * 8000 долларов США) / (20 000 * 12 долларов США)] = 133 доллара США.33 / Автомобиль
Автомобиль Y: [(6000 * 9500 долларов США) / (30 000 * 14 долларов США)] = 135,71 доллара США / Автомобиль

Итак, исходя из набора данных выше, кажется, что производительность по часам, и автомобиль X, и автомобиль Y одинаковы; но, если говорить о продуктивности в долларах, производство автомобиля X обходится дешевле, учитывая количество рабочих часов и почасовую ставку.

Насколько это практично? Ниже приводится прямая цитата из Harbor Report, 1998:

.

Рабочие часы, необходимые для штамповки, трансмиссии и сборки:

Отчет из порта
(100% Nissan 27.6 часов
(168%) GM 46,5 часов
(126%) Форд 34,7 часов

Если бы GM могла работать на уровне производительности Nissan, они бы сэкономили около 4,4 миллиарда долларов в год. Другими словами, у GM примерно на 55 000 сотрудников больше, чем нужно.

Эффективность персонала

КПД измеряется по следующему уравнению:

КПД = [100% * (фактическая мощность / стандартная мощность)]

Стандартный вывод в приведенном выше уравнении — это число, полученное на основе исторических данных по работе и опыта.Можно было бы надеяться, что это число не произвольное, а число, полученное из исторических временных рядов.

Вот пример:

Кузов Шмулы выполняет работы при столкновении автомобилей. Страховое агентство, используя актуарные данные, определило, что стандартное время для замены кранца составляет 2,5 часа (т. Е. Стандартная производительность = 0,4 кранца в час), и готово платить Шмуле 50 долларов в час за работу (запчасти и расходные материалы оплачиваются отдельно). оплачивается отдельно). Шмула платит своим рабочим 35 долларов в час.

Предположим, рабочим Шмулы требуется 4 часа, чтобы заменить кранец. Какова часовая эффективность труда Шмулы? С учетом затрат на рабочую силу Шмулы, будет ли Шмула зарабатывать деньги на работе?

Используя уравнение и данные выше, получаем:

(1 кранец / 4 часа) / (1 кранец / 2,5 часа) = 0,625 * 100% = КПД 62,5%

2,5 часа * 50 долларов = 125 долларов, оплачиваемых страховкой
4 часа * 35 долларов = 140 долларов затрат

Шмула потеряет 15 долларов за крыло.

Экономическая прибыль важна для Шмулы; Учитывая вышеприведенный ответ, насколько эффективен должен быть Шмула, чтобы выйти на уровень безубыточности?

[(125 долларов США) / (35 долларов США в час)] = 3.57 часов до безубыточности

Мы знаем, что КПД = 100% * (фактическая производительность / стандартная производительность). Итак,

(1 кранец / 3,57 часа) / (1 кранец / 2,5 часа) = 0,7003 * 100% = КПД 70,03%. Шмуле нужно будет повысить эффективность до 70% или лучше, чтобы заработать деньги.

Часто я слышу, как люди небрежно используют фразы «продуктивность» и «эффективность», не полностью понимая, что они означают. Эти термины имеют технические определения и очень удобны для бизнеса.Тем не менее, учитывая вышеприведенное объяснение, нужно проявлять здравый смысл при определении того, какие процессы следует измерять производительностью и эффективностью, и уравновешивать эти показатели с другими элементами, которые могут быть важны для отдельного человека, фирмы и отрасли. Некоторые меры могут иметь смысл для одних видов деятельности, но не для других.


Расчет эффективности оператора и эффективности линии

Формула эффективности используется для измерения эффективности серийного производства и производительности труда рабочих.

Эффективность — это результат работы операции, разделенный на затраты работы той же операции и выраженный в процентах. Общая формула для расчета эффективности:


(Результат работы / ввод работы) X 100
Если рассматривать ввод и вывод работы в «минутах», формула эффективности будет такой — отношение общего количества произведенных стандартных минут к общему количеству минут, затраченных на работу.

Я работаю в секторе производства одежды. На фабрике по производству одежды мы ежедневно рассчитываем эффективность линии, чтобы проверить и измерить ее производительность.Мы используем следующую формулу для расчета эффективности.


Формула эффективности

Эффективность% = (Общее количество произведенных минут X 100) / (Общее количество отработанных часов X 60)
В приведенной выше формуле 60 умножается для преобразования часов в минуты, а 100 умножается для выражения в процентах.

Во второй формуле вместо подсчета минут мы рассматриваем произведенную одежду в качестве объема производства и производственные цели для данных часов в качестве входных данных.Производственный план рассчитывается на основе SAM одежды. Приведенная ниже формула используется для расчета производственной цели.

Целевая производительность в час (при эффективности 100) = (60 / операция SAM)

Также читайте: Как рассчитать почасовую производственную цель?

В секторе производства одежды данные об эффективности производства рассчитываются во многих формах. Например, индивидуальная эффективность сотрудников в течение дня, индивидуальная эффективность в час, эффективность линии и эффективность производства.

Во всех случаях формула расчета КПД остается неизменной. Общее количество произведенных минут и общее количество отработанных минут необходимо рассчитывать в зависимости от того, где используется формула.

Расчет эффективности отдельного оператора

Найдем эффективность работы оператора швейной машины.
Машинист работает 8 часов, и по данному заданию он изготовил 400 предметов одежды. Стандартное время работы составляло 30 секунд. Обратите внимание, что для подсчета произведенных минут вам необходимо знать стандартную минуту работы (операции).Он произвел минуты (400 X 30) / 60 = 200 минут. Он проработал 480 минут.

Итак, его эффективность (200/480) * 100 = 41,67%


Рассчитать КПД линии

Метод расчета эффективности линии объяснен в более ранней публикации.

Источники: www.accountingtools.com, www.softschools.com

Введение и методы расчета

Хорошо известно, что первоначальная стоимость котла составляет небольшую часть общих затрат, связанных с котлом в течение его срока службы.В течение срока службы котла основные затраты связаны с расходами на топливо. Обеспечение эффективной работы котла имеет решающее значение для оптимизации затрат на топливо.

Не всегда верно, что котел будет работать с номинальным КПД. Почти всегда было обнаружено, что котлы работают с КПД намного ниже номинального, если не проводить надлежащий мониторинг эффективности.

КПД котла

КПД котла — это совокупный результат эффективности различных компонентов котла.У котла есть много подсистем, эффективность которых влияет на общую эффективность котла. Пара коэффициентов полезного действия, которые окончательно определяют коэффициент полезного действия котла, составляют —

.
  1. Эффективность сгорания
  2. Тепловой КПД

Помимо этих значений КПД, существуют и другие потери, которые также играют роль при определении КПД котла и, следовательно, должны учитываться при расчете КПД котла.

Эффективность сгорания

Эффективность сгорания котла является показателем способности горелки сжигать топливо.Два параметра, которые определяют эффективность горелки, — это количество несгоревшего топлива в выхлопных газах и избыток кислорода в выхлопных газах. По мере увеличения количества избыточного воздуха количество несгоревшего топлива в выхлопе уменьшается. Это приводит к снижению потерь несгоревшего топлива, но увеличению потерь энтальпии. Следовательно, очень важно поддерживать баланс между потерями энтальпии и несгоревшими потерями. Эффективность сгорания также зависит от сжигаемого топлива. Эффективность сгорания жидкого и газообразного топлива выше, чем твердого топлива.

Тепловой КПД

Термический КПД котла определяет эффективность теплообменника котла, который фактически передает тепловую энергию от камина к воде. На тепловую эффективность сильно влияет образование накипи / сажи на трубах котла.

Прямой и косвенный КПД котла

Общий КПД котла зависит от многих других параметров, помимо КПД сгорания и теплового КПД. Эти другие параметры включают потери при включении-выключении, потери на излучение, потери на конвекцию, потери на продувку и т. Д.На практике для определения КПД котла обычно используются два метода, а именно прямой метод и косвенный метод расчета КПД.

Прямая эффективность

Этот метод рассчитывает КПД котла по основной формуле КПД —

η = (выход энергии) / (вход энергии) X 100

Для того, чтобы рассчитать КПД котла этим методом, мы делим общую мощность котла на общую потребляемую мощность котла, умноженную на сто.

Расчет прямого КПД —

E = [Q (H-h) / q * GCV] * 100

Где,

Q = Количество произведенного пара (кг / час)

H = Энтальпия пара (Ккал / кг)

ч = Энтальпия воды (ккал / кг)

GCV = Высшая теплотворная способность топлива.

Косвенная эффективность

Косвенный КПД котла рассчитывается путем определения индивидуальных потерь, происходящих в котле, и последующего вычитания суммы из 100%.Этот метод предполагает определение величин всех измеряемых потерь, происходящих в котле, путем отдельных измерений. Все эти потери складываются и вычитаются из 100%, чтобы определить конечный КПД. Продувочный клапан во время процедуры остается закрытым. Этот метод должен быть реализован в соответствии с нормами, предусмотренными в стандартах BS845. Расчетные потери включают потери в дымовой трубе, радиационные потери, потери от продувки и т. Д.

Сравнение прямого и косвенного КПД-

Оба упомянутых выше метода определения КПД котла имеют как преимущества, так и недостатки.Самым большим преимуществом косвенного метода является то, что он также говорит об источниках потерь. Выявив косвенный КПД, можно узнать, где потери увеличиваются и могут быть уменьшены. С другой стороны, значения прямого КПД ближе к реальности по сравнению с косвенным КПД из-за непокрытых потерь, таких как радиационные потери, потери ВКЛ-ВЫКЛ и т. Д. Но прямой КПД может сказать нам только о величине общих потерь. Информация об индивидуальных потерях и их величинах не передается из прямого расчета эффективности.Всегда существует некоторая разница в значениях прямой и косвенной эффективности. Косвенный КПД измеряется в конкретное время, тогда как прямой КПД измеряется в течение определенного периода времени, и, следовательно, потери из-за колеблющихся нагрузок, включения-выключения котла и т. Д. Также принимаются во внимание.

Мониторинг эффективности в реальном времени

КПД котла не остается фиксированным, и в процессе эксплуатации происходят большие отклонения от идеальных значений. Переход к мониторингу эффективности в реальном времени может значительно повысить эффективность котла в зависимости от типа котла и реальных условий на объекте.В двух словах, мониторинг и поддержание эффективности котла в течение всего срока службы котла является обязательным условием для сокращения счетов за топливо и уменьшения выбросов углекислого газа.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.