Arten von Wirkungsgradkennzahlen bei Motoren: Effizienzmetriken inkl. thermischer, mechanischer, volumetrischer Wirkungsgrad und mehr. Optimieren Sie die Motorenleistung.
10 Arten von Wirkungsgradkennzahlen bei Motoren
Der Wirkungsgrad eines Motors ist ein entscheidender Faktor, um seine Effizienz und Leistung zu bewerten. In der thermischen Technik gibt es verschiedene Kennzahlen, die den Wirkungsgrad eines Motors quantifizieren. Hier sind zehn wichtige Arten von Wirkungsgradkennzahlen, die häufig bei der Bewertung von Motoren verwendet werden:
1. Thermischer Wirkungsgrad
Der thermische Wirkungsgrad, \(\eta_{th}\), misst, wie effizient ein Motor die zugeführte Wärmeenergie in mechanische Arbeit umwandelt. Er wird berechnet als:
\(\eta_{th} = \frac{W_{out}}{Q_{in}}\)
Hierbei ist Wout die geleistete Arbeit und Qin die zugeführte Wärmeenergie.
2. Gesamtwirkungsgrad
Der Gesamtwirkungsgrad, \(\eta_{Ges}\), berücksichtigt alle Verluste im System und gibt das Verhältnis der Ausgangskraft zur zugeführten Energie an. Er wird typischerweise als Produkt der Einzelwirkungsgrade berechnet.
3. Mechanischer Wirkungsgrad
Der mechanische Wirkungsgrad, \(\eta_{mech}\), gibt an, wie effektiv ein Motor die erzeugte Arbeit, unter Berücksichtigung mechanischer Verluste wie Reibung, überträgt:
\(\eta_{mech} = \frac{E_{mech}}{E_{th}}\)
Hierbei ist Emech die tatsächlich nutzbare mechanische Energie und Eth die theoretische mechanische Energie.
4. Volumetrischer Wirkungsgrad
Der volumetrische Wirkungsgrad, \(\eta_{vol}\), ist ein Maß dafür, wie effizient der Motor die Zylinder mit Luft oder Gas füllt. Er wird als Verhältnis des tatsächlich eingezogenen Luftvolumens zum theoretisch maximal möglichen Volumen berechnet.
5. Isentroper Wirkungsgrad
Der isentrope Wirkungsgrad, \(\eta_{is}\), wird oft bei Turbomaschinen verwendet und beschreibt das Verhältnis der tatsächlichen zur idealen Arbeit bei einem isentropen (reversibel und adiabatischen) Prozess.
6. Brennstoffnutzungsgrad
Der Brennstoffnutzungsgrad, \(\eta_{fuel}\), gibt das Verhältnis der nutzbaren Energie zum gesamten Energieinhalt des Brennstoffs an. Er berücksichtigt Verluste während der Verbrennung.
7. Indizierter Wirkungsgrad
Der indizierte Wirkungsgrad, \(\eta_{ind}\), bezieht sich auf die Indizierte Arbeit und den Energieeinsatz im Zylinder. Es ist nützlich für die Bestimmung der Verbrennungseffizienz:
\(\eta_{ind} = \frac{W_{ind}}{Q_{in}}\)
Hierbei ist Wind die indizierte Arbeit.
8. Exergiewirkungsgrad
Der Exergiewirkungsgrad, \(\eta_{ex}\), bewertet die Effizienz eines Systems basierend auf der maximal möglichen Arbeit, die unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen aus dem Energieeinsatz gewonnen werden kann.
9. Polytroper Wirkungsgrad
Der polytrope Wirkungsgrad, \(\eta_{poly}\), ist nützlich für Kompressoren und beschreibt die Effizienz eines Prozesses, der einem Polytropen Prozess folgt (einem Prozess, bei dem Druck und Volumen durch die Gleichung \(PV^n = konst.\) verbunden sind).
10. Carnot-Wirkungsgrad
Der Carnot-Wirkungsgrad, \(\eta_{Carnot}\), ist das theoretische Maximum des Wirkungsgrades einer Wärmekraftmaschine, gegeben durch die Carnot-Gleichung:
\(\eta_{Carnot} = 1 – \frac{T_{kalt}}{T_{heiß}}\)
wobei Tkalt und Theiß die absoluten Temperaturen der kalten und heißen Reservoirs sind.
Diese zehn Wirkungsgradkennzahlen bieten eine umfassende Möglichkeit, die Effizienz und Leistung von Motoren aus unterschiedlichen Perspektiven zu bewerten und zu optimieren.
