Efisiensi termal

Efisiensi termal ( η t h {\displaystyle \eta _{th}\,} $\eta_{th} \,$ ) adalah ukuran kinerja tak berdimensi dari perangkat termal seperti mesin pembakaran internal, ketel uap, atau tungku, misalnya.

Masukan, Q i n {\displaystyle Q_{in}\,} $Q_{in} \,$ , ke perangkat adalah panas, atau kandungan panas dari bahan bakar yang dikonsumsi. Keluaran yang diinginkan adalah kerja mekanis, W o u t {\displaystyle W_{out}\,} $W_{out} \,$ , atau panas, Q o u t {\displaystyle Q_{out}\,} $Q_{out} \,$ , atau mungkin keduanya. Karena masukan panas biasanya memiliki biaya finansial yang nyata, definisi efisiensi termal yang mudah diingat dan umum adalah

η t h ≡ Input Output. {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {\text{Output}}{\text{Input}}}. } $\eta_{th} \equiv \frac{\text{Output}}{\text{Input}}.$

Dari hukum pertama dan kedua termodinamika, output tidak bisa melebihi apa yang dimasukkan, jadi

0 ≤ η t h ≤ 1.0. {\displaystyle 0\leq \eta _{th}\leq 1.0.} $0 \le \eta_{th} \le 1.0.$

Apabila dinyatakan sebagai persentase, efisiensi termal harus berada di antara 0% dan 100%. Karena inefisiensi seperti gesekan, kehilangan panas, dan faktor lainnya, efisiensi termal biasanya jauh lebih kecil dari 100%. Misalnya, mesin mobil bensin pada umumnya beroperasi pada efisiensi termal sekitar 25%, dan pembangkit listrik besar berbahan bakar batu bara mencapai puncaknya sekitar 36%. Dalam siklus gabungan, efisiensi termal pembangkit listrik mendekati 60%.

Mesin panas

Ketika mentransformasikan energi panas menjadi energi mekanik, efisiensi termal dari mesin panas adalah persentase energi yang diubah menjadi kerja. Efisiensi termal didefinisikan sebagai

η t h ≡ W o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {W_{out}}{Q_{in}}}} $\eta_{th} \equiv \frac{W_{out}}{Q_{in}}$ ,

atau melalui hukum pertama termodinamika untuk menggantikan penolakan panas limbah untuk kerja yang dihasilkan,

η t h = 1 - Q o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}=1-{\frac {Q_{out}{Q_{in}}}} $\eta_{th} = 1 - \frac{Q_{out}}{Q_{in}}$ .

Contohnya, apabila 1000 joule energi termal diubah menjadi 300 joule energi mekanis (dengan sisa 700 joule dihamburkan sebagai limbah panas), efisiensi termal adalah 30%.

Konversi energi

Untuk perangkat konversi energi seperti boiler atau tungku, efisiensi termal adalah

η t h ≡ Q o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {Q_{out}{Q_{in}}}} $\eta_{th} \equiv \frac{Q_{out}}{Q_{in}}$ .

Jadi, untuk boiler yang menghasilkan output 210 kW (atau 700.000 BTU / jam) untuk setiap input setara panas 300 kW (atau 1.000.000 BTU / jam), efisiensi termalnya adalah 210/300 = 0,70, atau 70%. Ini berarti bahwa 30% energi hilang ke lingkungan.

Pemanas resistansi listrik memiliki efisiensi termal pada atau sangat mendekati 100%, jadi, misalnya, 1500W panas diproduksi untuk input listrik 1500W. Ketika membandingkan unit pemanas, seperti pemanas resistansi listrik yang efisien 100% dengan tungku berbahan bakar gas alam yang efisien 80%, harga energi harus dibandingkan untuk menemukan biaya yang lebih rendah.

Pompa panas dan Lemari Es

Pompa panas, lemari es, dan AC, misalnya, memindahkan panas, bukan mengubahnya, sehingga diperlukan ukuran lain untuk menggambarkan kinerja termalnya. Ukuran umum adalah koefisien kinerja (COP), rasio efisiensi energi (EER), dan rasio efisiensi energi musiman (SEER).

Efisiensi dari pompa panas (HP) dan lemari es (R)*:
E H P = | Q H | | W | {\displaystyle E_{HP}={\frac {|Q_{H}|}{|W|}}}} $E_{HP}=\frac{|Q_H|}{|W|}$

E R = | Q L | | W | {\displaystyle E_{R}={\frac {|Q_{L}|}{|W|}}}} $E_{R}=\frac{|Q_L|}{|W|}$

E H P - E R = 1 {\displaystyle \displaystyle E_{HP}-E_{R}=1} $\displaystyle E_{HP} - E_{R} = 1$

Jika suhu di kedua ujung Pompa Panas atau Kulkas konstan dan prosesnya dapat dibalik:

E H P = T H T H - T L {\displaystyle E_{HP}={\frac {T_{H}}{T_{H}-T_{L}}}} $E_{HP}=\frac{T_H}{T_H - T_L}$

E R = T L T H - T L {\displaystyle E_{R}={\frac {T_{L}}{T_{H}-T_{L}}}} $E_{R}=\frac{T_L}{T_H - T_L}$

* H = tinggi (suhu/sumber panas), L = rendah (suhu/sumber panas)

Efisiensi energi

'Efisiensi termal' kadang-kadang disebut efisiensi energi. Di Amerika Serikat, dalam penggunaan sehari-hari, SEER adalah ukuran efisiensi energi yang lebih umum untuk perangkat pendingin, serta untuk pompa panas ketika dalam mode pemanasannya. Untuk perangkat pemanas konversi energi, efisiensi termal kondisi-mapan puncaknya sering dinyatakan, misalnya, 'tungku ini 90% efisien', tetapi ukuran yang lebih rinci dari efektivitas energi musiman adalah Efisiensi Penggunaan Bahan Bakar Tahunan (AFUE).

Halaman terkait

Termodinamika

Pertanyaan dan Jawaban

T: Apa itu efisiensi termal?

J: Efisiensi termal adalah ukuran kinerja tanpa dimensi dari perangkat termal seperti mesin pembakaran internal, ketel, atau tungku. Hal ini dihitung dengan membagi output dengan input perangkat.

T: Apa saja contoh perangkat termal?

J: Contoh perangkat termal termasuk mesin pembakaran internal, boiler, dan tungku.

T: Apa yang dimaksud dengan input ke perangkat termal?

J: Masukan ke perangkat termal adalah panas atau kandungan panas dari bahan bakar yang dikonsumsi.

T: Apa output yang diinginkan dari perangkat termal?

J: Keluaran yang diinginkan dari perangkat termal dapat berupa kerja mekanis, panas, atau keduanya.

T: Bagaimana kita dapat mendefinisikan efisiensi termal secara umum?

J: Efisiensi termal secara umum dapat didefinisikan sebagai Output/Input.

T: Berapa kisaran nilai untuk η yang berada di antara keduanya?

J: Nilai untuk ηth harus berada di antara 0 dan 1.0 bila dinyatakan sebagai persentase, maka harus berada di antara 0% dan 100%.

T: Apakah nilai tipikal untuk ηth biasanya mendekati 100%?

J: Tidak, karena ketidakefisienan seperti gesekan dan kehilangan panas, nilai tipikal untuk ηth jauh lebih kecil dari 100%. Sebagai contoh, mesin mobil bensin biasanya beroperasi pada sekitar 25%, sementara pembangkit listrik besar berbahan bakar batu bara mencapai puncaknya pada sekitar 36%, dengan pembangkit siklus gabungan mendekati 60%.