Коефіцієнт корисної дії - а чи все зроблено правильно?

Жодне виконувану дію не проходить без втрат - вони є завжди. Отриманий результат завжди менше тих зусиль, які доводиться витрачати для його досягнення. Про те, наскільки великі втрати при виконанні роботи, і свідчить коефіцієнт корисної дії (ККД).

Що ж ховається за цією абревіатурою? По суті справи, це коефіцієнт ефективності механізму або показник раціонального використання енергії. Величина ККД не має якихось одиниць виміру, вона виражається у відсотках. Визначається цей коефіцієнт як відношення корисної роботи пристрою до витраченої на його функціонування. Для обчислення ККД формула розрахунку буде виглядати таким чином:

ККД = 100 * (корисна виконана робота / витрачена робота)

В різних пристроях для розрахунку такого співвідношення використовуються різні значення. Для електричних двигунів ККД буде виглядати як відношення здійснюваної корисної роботи до електричної енергії, отриманої з мережі. Для теплових машин коефіцієнт корисної дії буде визначатися як відношення корисної здійснюваної роботи до витраченому кількості теплоти.

Для визначення ККД необхідно, щоб всі різні види енергії і робота виражалися в одних одиницях. Тоді можливо буде порівнювати будь-які об'єкти, наприклад атомні станції, генератори електроенергії та біологічні об'єкти, з точки зору ефективності.

Як вже зазначалося, через неминучих втрат при роботі механізмів коефіцієнт корисної дії завжди менше 1. Так, ККД теплових станцій сягає 90%, у двигунів внутрішнього згоряння ККД менше 30%, ККД електричного трансформатора становить 98%. Поняття ККД може застосовуватися як до механізму в цілому, так і до його окремих вузлів. При загальній оцінці ефективності механізму в цілому (його ККД) береться твір ККД окремих складових частин цього пристрою.

Проблема ефективного використання палива з'явилася не сьогодні. При безперервному зростанні вартості енергоресурсів питання підвищення ККД механізмів перетворюється з суто теоретичного в питання практичний. Якщо ККД звичайного автомобіля не перевищує 30%, то 70% своїх грошей, які витрачаються на заправку паливом авто, ми просто викидаємо.

Розгляд ефективності роботи ДВС (двигуна внутрішнього згорання) показує, що втрати відбуваються на всіх етапах його роботи. Так, тільки 75% надходить палива згоряє в циліндрах двигуна, а 25% викидається в атмосферу. З усього згорілого палива тільки 30-35% виділився тепла витрачається на виконання корисної роботи, решта тепло або втрачається з вихлопними газами, або залишається в системі охолодження автомобіля. З отриманої потужності на корисну роботу використовується близько 80%, інша потужність витрачається на подолання сил тертя і використовується допоміжними механізмами автомобіля.

Навіть на такому простому прикладі аналіз ефективності роботи механізму дозволяє визначити напрямки, в яких повинні проводитися роботи для скорочення втрат. Так, один з пріоритетних напрямків - забезпечення повного згоряння палива. Досягається це додатковим розпиленням палива і підвищенням тиску, тому так популярні стають двигуни з безпосереднім уприскуванням і турбонаддувом. Тепло, що відводиться з двигуна, використовується для підігріву палива з метою кращої його випаровуваності, а механічні втрати зменшуються за рахунок використання сучасних сортів синтетичного масла.

Тут нами розглянуто таке поняття, як коефіцієнт корисної дії, описано, що він собою являє і на що впливає. Розглянута на прикладі ДВС ефективність його роботи та визначено напрями і шляхи підвищення можливостей цього пристрою, а, отже, і ККД.