Что такое эффективность.

Мы решили выяснить, что такое эффективность. Хотя бы применительно к технике, где ее часто отождествляют с коэффициентом полезного действия, КПД. Как выяснилось, КПД далеко не всегда можно однозначно измерить, иногда оказывается, что больше ста процентов и часто больше — не значит лучше.

КПД, по своему определению, это отношение полученной энергии к затраченной. Если двигатель сжигает бензин и только треть образовавшегося тепла превращается в энергию движения автомобиля, то КПД равен одной трети или (округляя до целых) 33%. Если лампочка дает световой энергии в пятьдесят раз меньше потребляемой электрической, ее КПД равен 1/50 или 2%. Однако тут сразу возникает вопрос: а если лампочка продается как инфракрасный обогреватель? После того как продажа ламп накаливания была запрещена, точно такие же по конструкции устройства стали продаваться как «инфракрасные обогреватели», поскольку именно в тепло преобразуется свыше 95% электроэнергии.

(Бес)полезное тепло

Обычно тепло, выделяющееся при работе чего-либо, записывают в потери. Но это далеко не бесспорно. Электростанция, например, превращает в электроэнергию примерно треть выделяющегося при сгорании газа или угля тепла, однако еще часть энергии может при этом пойти на нагрев воды. Если горячее водоснабжение и теплые батареи тоже записать в полезные результаты работы ТЭЦ, то КПД вырастет на 10-15%.

Схожим примером может служить автомобильная «печка»: она передает в салон часть тепла, образующегося при работе двигателя. Это тепло может быть полезным и необходимым, а может рассматриваться как потери: по этой причине оно обычно не фигурирует в расчетах КПД автомобильного мотора.

Инженер осматривает паровую турбину. Фото Christian Kuhna / Wikimedia, с разрешения производителя — Siemens.

Особняком стоят такие устройства, как тепловые насосы. Их КПД, если считать его по соотношению выданного тепла и затраченного электричества, больше 100%, однако это не опровергает основы термодинамики. Тепловой насос перекачивает тепло от менее нагретого тела к более нагретому и затрачивает на это энергию, так как без затрат энергии подобное перераспределение теплоты запрещено той же термодинамикой. Если тепловой насос берет из розетки киловатт, а выдает пять киловатт тепла, то четыре киловатта будут взяты из воздуха, воды или грунта вне дома. Окружающая среда в том месте, откуда устройство черпает тепло, остынет, а дом прогреется. Но потом эта теплота вместе с потраченной насосом энергией все равно рассеется в пространстве.

Внешний контур теплового насоса: через эти пластиковые трубы прокачивается жидкость, забирающая тепло из толщи воды в отапливаемое здание. Mark Johnson / Wikimedia

Много или эффективно?

Некоторые устройства имеют очень высокий КПД, но при этом — неподходящую мощность.

Электрические моторы тем эффективнее, чем они больше, однако поставить электровозный двигатель в детскую игрушку физически невозможно и экономически бессмысленно. Поэтому КПД двигателей в локомотиве превышает 95%, а в маленькой машинке на радиоуправлении — от силы 80%. Причем в случае с электрическим двигателем его эффективность зависит так же от нагрузки: недогруженный или перегруженный мотор работает с меньшим КПД. Правильный подбор оборудования может значить даже больше, чем просто выбор устройства с максимальным заявленным КПД.

Самый мощный серийный локомотив, шведский IORE. Второе место удерживает советский электровоз ВЛ-85. Kabelleger / Wikimedia

Если электрические моторы выпускаются для самых разных целей, от вибраторов в телефонах до электровозов, то вот ионный двигатель имеет гораздо меньшую нишу. Ионные двигатели эффективны, экономичны, долговечны (работают без выключения годами), но включаются только в вакууме и дают очень малую тягу. Они идеально подходят для отправки в дальний космос научных аппаратов, которые могут лететь к цели несколько лет и для которых экономия топлива важнее затрат времени.

Электрические моторы, кстати, потребляют почти половину всей вырабатываемой человечеством электроэнергии, так что даже разница в одну сотую процента в мировом масштабе может означать необходимость построить еще один ядерный реактор или еще один энергоблок ТЭЦ.

Эффективно или дешево?

Энергетическая эффективность далеко не всегда тождественна экономической. Наглядный пример — светодиодные лампы, которые до недавнего времени проигрывали лампам накаливания и флуоресцентным «энергосберегайкам». Сложность изготовления белых светодиодов, дороговизна сырья и, с другой стороны, простота лампы накаливания заставляли выбирать менее эффективные, но зато дешевые источники света.

Кстати, за изобретение синего светодиода, без которого бы нельзя было сделать яркую белую лампу, японские исследователи получили в 2014 году Нобелевскую премию. Это не первая премия, вручаемая за вклад в развитие освещения: в 1912 году наградили Нильса Далена, изобретателя, который усовершенствовал ацетиленовые горелки для маяков.

Синие светодиоды нужны для получения белого света в сочетании с красными и зелеными. Эти два цвета научились получать в достаточно ярких светодиодах намного раньше; синие долгое время оставались слишком тусклыми и дорогими для массового применения

Другой пример эффективных, но очень дорогих устройств — солнечные батареи на основе арсенида галлия (полупроводник с формулой GaAs). Их КПД достигает почти 30%, что в полтора-два раза выше используемых на Земле батарей на основе куда более распространенного кремния. Высокая эффективность оправдывает себя только в космосе, куда доставка одного килограмма груза может стоить почти как килограмм золота. Тогда экономия на массе батареи будет оправдана.

КПД линий электропередач можно поднять за счет замены меди на лучше проводящее ток серебро, однако серебряные кабели слишком дороги и потому используются разве что в единичных случаях. А вот к идее построить сверхпроводящие ЛЭП из дорогой и требующей охлаждения жидким азотом редкоземельной керамики в последние годы несколько раз обращались на практике. В частности, такой кабель уже проложен и подключен в германском городе Эссене. Он рассчитан на 40 мегаватт электрической мощности при напряжении в десять киловольт. Кроме того что потери на нагрев сведены к нулю (однако взамен нужно питать криогенные установки), такой кабель намного компактнее обычного и за счет этого можно сэкономить на покупке дорогой земли в центре города или отказаться от прокладки дополнительных туннелей.

Не по общим правилам

Из школьного курса многие помнят, что КПД не может превышать 100% и что он тем выше, чем больше разница температур между холодильником и нагревателем. Однако это верно лишь для так называемых тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, реактивные и ракетные двигатели, газовые и паровые турбины.

Электродвигатели и все электрические устройства этому правилу не подчиняются, поскольку они не тепловые машины. Для них верно только то, что КПД не может превышать ста процентов, а частные ограничения в каждом случае определяются по-разному.

В случае с солнечной батареей потери определяются как квантовыми эффектами при поглощении фотонов, так и потерями на отражение света от поверхности батареи и на поглощение в фокусирующих зеркалах. Проведенные расчеты показали, что выйти за 90% солнечная батарея не может в принципе, а на практике достижимы значения около 60-70%, да и те при весьма сложной структуре фотоячеек.

Великолепным КПД обладают топливные элементы. В эти устройства поступают некие вещества, которые вступают в химическую реакцию друг с другом и дают электрический ток. Этот процесс опять-таки не является циклом тепловой машины, поэтому КПД получается достаточно высоким, порядка 60%, в то время как дизель или бензиновый двигатель не выходят обычно за 50%.

Именно топливные элементы стояли на летавших к Луне космических кораблях «Аполло», и они могут работать, например, на водороде и кислороде. Их недостаток заключается только в том, что водород должен быть достаточно чистым и к тому же его надо где-то хранить и как-то передавать от завода к потребителям. Технологии, позволяющие заменить водородом обычный метан, пока что не доведены до массового использования. На водороде и топливных элементах работают лишь экспериментальные автомобили и некоторое количество подводных лодок.

Плазменные двигатели серии СПД. Их делает ОКБ «Факел», и они используются для удержания спутников на заданной орбите. Тяга создается за счет потока ионов, которые возникают после ионизации инертного газа электрическим разрядом. КПД этих двигателей достигает 60 процентов

Ионные и плазменные двигатели уже существуют, но тоже работают лишь в вакууме. Кроме того, их тяга слишком мала и на порядки ниже веса самого устройства — с Земли они не взлетели бы даже при отсутствии атмосферы. Зато во время межпланетных полетов длительностью в многие месяцы и даже годы слабая тяга компенсируется экономичностью и надежностью.

 Алексей Тимошенко

КПД насоса — показатель эффективной работы агрегата

КПД насоса характеризует его эффективность. Этот показатель складывается из определенных составляющих, поскольку на работу агрегата влияют силы разного происхождения. Определенные типы насосов, каждый из которых имеет свою особую конструкцию, различаются своим КПД.

Оглавление:

Составляющие КПД насоса

Формула КПД

КПД разных типов насосов

Что такое КПД

В любом насосе рабочие элементы получают от двигателя механическую энергию. Но рабочие элементы аппарата лишь частично преобразуют ее в энергию потока перекачиваемой среды. Чтобы определить эту степень энергии, используется понятие КПД, то есть «коэффициент полезного действия».

Наряду с мощностью КПД является важнейшим параметром насоса, показателем эффективности его работы. Он определяется как отношение полезной мощности аппарата к потребляемой. Этот параметр демонстрирует совершенство конструкции насоса, экономичность его эксплуатации.

КПД насоса (равно как и любого другого механизма) всегда будет менее 1 или 100%. Эта величина выражается чаще всего в процентах.

Составляющие КПД насоса

КПД насоса складывается из нескольких составляющих. Каждая из них возникает из-за сил разной природы:

1. Механический КПД. Обусловлен механическими потерями вследствие работы трущихся элементов, например, в проточной части или трением в подшипниках, торцевом уплотнителе.

2. Объемный КПД насоса, или КПД подачи. Возникает из-за утечек продукта в рабочей камере аппарата, появляется из-за деформаций, естественного износа аппарата.

3. Гидравлический КПД насоса. Обусловлен гидравлическим сопротивлением: поворотами, сужением или расширением потока и пр. Если стенки агрегата будут слишком шероховатыми, то жидкости будет труднее преодолевать сопротивление трения, и скорость течения перекачиваемой среды, соответственно, снизится. Также важен вид течения жидкости: к примеру, при вихревом потоке гидравлические потери возрастают.

Анализируя данные составляющие, то есть причины, приводящие к потере полезной энергии, можно искать пути к увеличению КПД конкретного насоса. Например, это может быть повышение качества внутренних уплотнителей агрегата, замена износившихся элементов.

Формула КПД

Формула КПД выглядит как Ƞпр = P2 / P1. В свою очередь, η = ηо  ηг  ηм, где ηо обозначает объемные потери, ηг — гидравлические потери и ηм – соответственно, механические.

Кроме того, общий КПД насоса рассчитывается по формуле КПД Ƞ = ƞпр * ƞнч . Это произведение КПД привода аппарата (это может быть электродвигатель, гидродвигатель, пневмодвигатель,) и КПД собственно насосной части.

КПД разных типов насосов

Промышленные насосные установки на современном этапе представлены многими типами, которые различаются своими КПД. Охарактеризуем некоторые из них.

Центробежный

КПД данных аппаратов во многом определяется режимом их эксплуатации и спецификой конструкции. Показатель максимален у центробежных устройств с высокомощным приводом и оптимальными рабочими параметрами. Здесь он нередко достигает 95%. У центробежного оборудования мощность двигателя начинается, как правило, с 10кВт, а элементы конструкции отличаются высоким качеством.

Винтовой

Для данных агрегатов характерны большие механические потери. Прежде всего, это объясняется трением, возникающем между парой статор-ротор, а кроме того, в подшипниковом узле. Однако за счет высоких параметров работы (расход и напор), КПД винтового насосного оборудования находится в диапазоне 40-80%.

Импеллерный

Насосные устройства данного типа транспортируют жидкий продукт в щадящем режиме, создают на выходе значительное давление, равномерный поток без пульсации. Здесь имеют место значительные механические потери, поскольку гибкие лопасти трутся о внутреннюю часть ость камеры. Поэтому, эти агрегаты явно не лидируют по эффективности.

Мембранно-пневматический

Аппараты работают не от двигателя, а от подаваемого на них сжатого воздуха. Здесь необходимо дополнительное преобразование электроэнергии в энергию сжатого воздуха, поэтому КПД частично обусловлено КПД воздушного компрессора. Если он поршневой, то показатель будет примерно 80-92%, если лопастный — 90-96%. В этом насосе отмечаются все три типа потерь. Так, жидкость выходит из рабочей камеры под углом, а поток испытывает резкое расширение и следующий за этим опять-таки резкий поворот. Втулка аппарата выступает парой трения скольжения, что обуславливает механические потери энергии. Также перекачиваемая жидкость трется об элементы устройства: клапаны, мембрану, коллектора. Имеют место здесь и объемные потери продукта, который проходит такты всасывания и нагнетания.

#ФОРМА#

Что это означает в экономике, формула для ее измерения

Что такое эффективность?

Термин «эффективность» относится к пиковому уровню производительности, при котором используется наименьшее количество входных данных для достижения максимального результата. Эффективность требует сокращения количества ненужных ресурсов, используемых для получения заданного результата, включая личное время и энергию.

Эффективность — это измеримое понятие, которое можно определить, используя отношение полезной продукции к общему объему затрат. Повышенная эффективность сводит к минимуму потери ресурсов, таких как физические материалы, энергия и время , при достижении желаемого результата.

Основные выводы

• Эффективность возникает, когда вы сокращаете количество отходов для производства определенного количества товаров или услуг.
• Вы можете измерить эффективность, разделив общий выпуск на общий ввод.
• Существует несколько различных типов эффективности, включая экономическую эффективность, рыночную эффективность и операционную эффективность.
• Эффективность является важным атрибутом, потому что все ресурсы ограничены.
• Вы можете измерить эффективность своих инвестиций, используя показатель рентабельности инвестиций.

Эффективность

Понимание эффективности

Термин «эффективность» можно определить как способность достигать конечной цели практически без потерь, усилий или энергии. Быть эффективным означает, что вы можете достичь своих результатов, используя имеющиеся у вас ресурсы наилучшим образом. Проще говоря, что-то эффективно, если ничего не тратится впустую и все процессы оптимизированы. Это включает в себя использование денег, человеческого капитала, производственного оборудования и источников энергии.

Эффективность может использоваться различными способами для описания различных процессов оптимизации. Таким образом, анализ эффективности может помочь снизить затраты и увеличить прибыль. Например:

• Корпорации могут измерять эффективность своего производственного процесса, что может помочь им сократить расходы при одновременном увеличении производительности, что может привести к увеличению продаж и доходов.
• Потребители могут приобретать энергосберегающие приборы, чтобы сократить свои счета за электроэнергию и сократить выбросы парниковых газов.
• Инвесторы могут определить эффективность своих инвестиций, используя рентабельность инвестиций (ROI), которая показывает рентабельность инвестиций относительно их стоимости.

Как отмечалось выше, эффективность поддается измерению и может быть выражена в виде отношения или процента. Вы можете измерить его, используя следующую формулу:

Эффективность = Выход ÷ Вход

Выход (или выход работы) – это общий объем полезной работы, выполненной без учета отходов и брака. Если вы хотите выразить эффективность в процентах, просто умножьте коэффициент на 100.

Эффективность измеряет любую производительность, при которой используются минимальные входные данные для получения максимального количества выходных данных. Проще говоря, вы эффективны, если получаете больше, используя меньше.

Типы эффективности

Эффективность можно разделить на множество различных категорий. Мы обрисовали в общих чертах некоторые из ключевых типов ниже, включая экономическую эффективность, рыночную эффективность и операционную эффективность.

Экономическая эффективность

Экономическая эффективность относится к оптимизации ресурсов для наилучшего обслуживания каждого человека в этом экономическом состоянии. Никакой установленный порог не определяет эффективность экономики, но индикаторы включают в себя товары, поставляемые на рынок с наименьшими возможными затратами, и труд, обеспечивающий максимально возможную производительность.

Эффективность рынка

Рыночная эффективность описывает, насколько хорошо цены интегрируют доступную информацию. Это означает, что рынки эффективны, когда вся информация уже включена в цены. Обыграть рынок невозможно, так как нет доступных недооцененных или переоцененных ценных бумаг.

Эффективность рынка была формализована в 1970 году экономистом Юджином Фамой, чья гипотеза эффективного рынка (EMH) утверждает, что инвестор не может превзойти рынок. Фама также заявил, что рыночных аномалий не должно быть, потому что они будут немедленно устранены арбитражем.

Операционная эффективность

Операционная эффективность измеряет, насколько хорошо получена прибыль в зависимости от операционных затрат. Чем выше операционная эффективность, тем прибыльнее фирма или инвестиции. Это связано с тем, что предприятие может получать больший доход или прибыль при тех же или меньших затратах, чем альтернатива. На финансовых рынках операционная эффективность достигается за счет снижения транзакционных издержек и сборов.

Исторический взгляд

Прорывы в экономической эффективности часто совпадают с изобретением новых инструментов, дополняющих труд, в том числе:

• Хомут, перераспределяющий вес на спине лошади, чтобы она могла нести большой груз без перегрузки
• Паровые двигатели и автомобили, появившиеся во время промышленной революции, которые позволили людям путешествовать на большие расстояния за меньшее время и способствовали повышению эффективности путешествий и торговли
• Более дешевые и эффективные источники энергии, такие как ископаемое топливо

Мы также видели появление эффективности во времени. Рассмотрим фабричную систему, в которой каждый участник сосредотачивается на одной задаче в производственной линии. Эта система увеличила производительность, сэкономив время.

Многие ученые разработали методы оптимизации выполнения конкретных задач. Одним из известных примеров является роман Фрэнка Банкера Гилбрета-младшего и Эрнестины Гилбрет Кэри « дешевле на дюжину ». В книге Гилбрет-младший разрабатывает системы, позволяющие максимально эффективно выполнять даже самые обыденные задачи, такие как чистка зубов.

Влияние эффективности

Эффективность является важным атрибутом, потому что все ресурсы ограничены. Время, деньги и сырье ограничены, и важно экономить их, сохраняя при этом приемлемый уровень выпуска продукции.

Эффективное общество способно лучше служить своим гражданам и функционировать конкурентоспособно. Товары, произведенные эффективно, продаются по более низкой цене. Достижения в результате повышения эффективности способствовали повышению уровня жизни, например, снабжение домов электричеством, водопроводом и предоставление людям возможности путешествовать.

Эффективность уменьшает голод и недоедание, потому что товары транспортируются дальше и быстрее. Повышение эффективности также позволяет повысить производительность за более короткий промежуток времени.

Пример эффективности

Индустрия 4. 0 — это четвертая промышленная революция, характеризующаяся цифровизацией. Заводские процессы, производство и сфера услуг стали более эффективными благодаря более мощным компьютерам, облачным вычислениям, промышленному Интернету вещей (IoT), анализу данных, робототехнике, искусственному интеллекту и машинному обучению.

Например, аналитику данных можно применять в промышленных условиях, чтобы информировать руководителей фабрик или заводов о необходимости технического обслуживания или замены оборудования. Это профилактическое обслуживание может существенно снизить эксплуатационные расходы.

Как рассчитать эффективность?

Эффективность может быть выражена в виде отношения по следующей формуле: Выход ÷ Вход.

Выход, или результат работы, — это общий объем полезной работы, выполненной без учета отходов и порчи.

Вы также можете выразить эффективность в процентах, умножив коэффициент на 100.

Что такое эффективность распределения?

Аллокационная эффективность возникает на эффективном рынке. Именно здесь капитал распределяется наилучшим образом, чтобы принести пользу каждой участвующей стороне. Это позволяет равномерно распределять товары и услуги, финансовые услуги и другие ключевые элементы среди потребителей, предприятий и других организаций, чтобы их можно было использовать наилучшим образом. Аллокационная эффективность, которую также называют распределенной эффективностью, способствует принятию решений и экономическому росту.

Что такое пиковая эффективность?

Пиковая энергия — это наивысший уровень эффективности, которого вы можете достичь. Такая эффективность возникает, когда весь капитал, ресурсы и отдельные участники правильно распределены и полностью функционируют в меру своих возможностей. Например, пик экономической эффективности достигается, когда экономика продуктивна и уровень жизни граждан высок.

Что такое энергоэффективность?

Энергоэффективность возникает, когда вы используете меньше энергии для достижения того же результата. Энергоэффективность снижает потери энергии и выбросы парниковых газов, а также потребность в энергии. Это также помогает сократить счета и общие расходы, используя новые и более эффективные способы потребления энергии.

Например, потребители могут приобретать энергосберегающие приборы, чтобы сократить свои счета за электроэнергию, а корпорации могут заменять старое производственное оборудование новым, более эффективным, чтобы увеличить производительность и сократить производственные затраты.

Что является мерой эффективности инвестиций?

Мерой эффективности инвестиций является их окупаемость. Именно так инвесторы и финансовые профессионалы измеряют, насколько эффективно инвестиции приносят прибыль. Этот показатель также можно использовать для сравнения одной инвестиции с другой или несколькими инвестициями определенного класса, например взаимными фондами, инвестирующими в один и тот же класс активов. ROI можно выразить как отношение, разделив возврат инвестиций на их стоимость. Его также можно выразить в процентах, умножив результат на 100.

Итог

Когда вы эффективны, это означает, что вы можете достичь своих целей с минимальными затратами денег и усилий, не производя при этом слишком много отходов. По сути, вы используете очень мало, чтобы получить максимально возможный результат.

Эффективность важна как для бизнеса, так и для частных лиц. Эффективно работающие предприятия могут сократить свои расходы и повысить прибыль. Точно так же потребители, которые делают выбор, чтобы стать более эффективными, например, выбирают энергоэффективные приборы или инвестиции, которые приносят наибольшую возможную отдачу при удовлетворении их инвестиционных потребностей, в конечном итоге экономят деньги и зарабатывают больше в долгосрочной перспективе.

Если вам нужны доказательства, просто используйте формулу, указанную выше, и используйте ее в качестве руководства, которое поможет вам принять некоторые важные решения о вашем финансовом здоровье.

Как рассчитать эффективность работы

Обновлено 20 сентября 2019 г.

Автор S. Hussain Ather использует вложенный в него труд. Формула эффективности работы поможет вам количественно оценить это и оценить эффективность любой машины.

Формула эффективности работы

Формула для расчета эффективности работы представляет собой отношение выхода к входу , выраженное в процентах. Для машины вы можете определить работу, вложенную в машину, в зависимости от того, как работает машина. Как правило, вы можете рассчитать работу, умножив силу на расстояние для движения.

Убедитесь, что вы правильно рассчитали ввод и вывод машины или объекта, который выполняет работу, а также учитываете другие факторы, такие как человек, управляющий машиной.

Формула эффективности работы: эффективность = выход / вход , и вы можете умножить результат на 100, чтобы получить эффективность работы в процентах. Это используется в различных методах измерения энергии и работы, будь то производство энергии или эффективность машины.

Пример расчета эффективности работы

Канат шкива, который тянет 10-фунтовый груз на 1 фут от земли из-за того, что человек прикладывает силу 6 фунтов, чтобы потянуть канат шкива на 2 фута, имеет указанные входную и выходную силы. Человеческая сила, вложенная сила, выполняет 6 фунтов на 2 фута работы, или 12 футо-фунтов работы. Движение машины, выходная сила, составляет тогда 10 фунтов на 1 фут работы или 10 фут-фунтов работы.

В этом случае эффективность работы представляет собой отношение выпуска к затратам в процентном выражении. Это будет 10/12 или 0,83. Умножьте это на 100, чтобы перевести в проценты, что даст эффективность работы 83 процента.

Work Efficiency Definition Physics

Отношение объема работы к затратам используется в качестве меры эффективности во многих областях физики и техники. Исследователи считают полезным описывать процент продуктов и расходных материалов для процесса, чтобы определить, как сохранить энергию, мощность или другие ограниченные количества.

Определение отношения выходных данных к входным дает представление о том, насколько эффективны система, процесс, метод, конвейер или что-то еще, что используется.

При анализе термодинамики тепловых двигателей, например, полезная выходная мощность, которую тепловая машина, такая как тепловая машина Карно, может измерять работой, которую двигатель может выполнить в качестве выхода, с высокотемпературным теплом, которое двигатель использует в качестве входа.

Формула эффективности работы на практике

Физики и инженеры используют эффективность работы при определении того, насколько продуктивны и энергосберегающие процессы для электрических цепей (электрический КПД), тепловых двигателей (тепловой КПД), радиоактивных процессов (радиационный КПД), других процессов в том числе квантовая механика (квантовая эффективность).