5. Rendimiento
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Imagen 22. Máquina de Vapor en la ETSII de Madrid. Fuente:energiasolarok.blogspot.com
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En cualquier transformación energética, siempre existen pérdidas de parte de la energía debidas a diversos factores, las más habituales son:
- Rozamientos entre componentes móviles de los mecanismos.
- Rozamientos con el aire.
- Pérdidas debidas al efecto Joule en sistemas eléctricos.
- Causadas por efectos parásitos en los campos electromagnéticos.
Recuerda que la ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede transformar de una forma a otra.
Parece pues que llegamos a una contradicción, por un lado decimos que la energía se conserva y por otro que se pierde.
En realidad no existe ninguna contradicción, lo que estamos diciendo es que la energía se degrada en un proceso irreversible. En cualquier transformación parte de la energía pasa a estar en una forma menos útil.
Es importante definir un parámetro que establezca una relación entre la energía que se aporta a un sistema y la cantidad de esa energía que el sistema llega a aprovechar.
Este parámetro es el rendimiento:
Actividad
Rendimiento
Se define el rendimiento (η) como el cociente entre la energía útil (Eu) y la energía total (Et) suministrada por el sistema.
Aspectos a tener en cuenta:
- El rendimiento es un valor adimensional, es decir que no tiene unidades, se expresa en tanto por uno, o bien si se multiplica este resultado por cien se expresa en tanto por ciento (%)
- Su valor siempre ha de ser inferior a la unidad, solo en el caso ideal de que un sistema no tuviese pérdidas su valor sería la unidad, pero esto solo ocurre a nivel teórico, nunca en la práctica.
- El rendimiento también se utiliza referido a potencias, y así la fórmula sería:
Caso de estudio
Ejercicio 1:
Para elevar 150.000 litros de agua (ρagua = 1 kg/dm3), a un depósito situado a 20 metros de altura. Una motobomba consume 4 litros de gasóleo. Sabiendo que el poder calorífico del gasóleo es Pc = 10350 kcal/kg, y que su densidad es ρgasóleo = 0,87 kg/dm3. Calcular el rendimiento del proceso.
Ejercicio 2:
Una sierra alimentada por un motor eléctrico de 1,5 CV cuyo η = 89% está funcionando ininterrumpidamente durante un turno laboral de 8 horas. Calcula la cantidad de trabajo mecánico que ha producido.
Ejercicio 3:
El motor de un automóvil consume 40 litros de gasolina ρ = 0,78 kg/dm3 , Pc= 10700 kcal/kg, durante 5 horas de funcionamiento. Determina la potencia mecánica que ha desarrollado el motor si su rendimiento es del 32%.
Ejercicio 4:
Un calentador eléctrico funciona con una resistencia de 500 w y presenta un rendimiento del 93%, cuanto tiempo tardará en calentar 5 litros de agua desde 14 ºC hasta 38ºC, el calor específico del agua es ce = 1 kcal/kg ºC.
Ejercicio 5:
La caldera de una sistema de calefacción presenta un rendimiento η = 75%, para mantener una temperatura confortable de 21ºC de un edificio necesita aportar 3500 kcal/h, si emplea un combustible, Pc = 10350 kcal/kg, ρgasóleo = 0,87 kg/dm3. Calcula cuantos litros de combustible habrá que quemar a la hora.
Actividad
En resumen:
- En todas las máquinas y en cualquier proceso físico se producen pérdidas de energía.
- Por lo tanto su rendimiento siempre será inferiror al 100%.
- Esto no se debe interpretar como un incumplimiento del principio de conservación de la energía sino como una transformación "irremediable" de la energía en formas más degradadas, generalmente en forma de calor.