Hyötysuhteen

Hyötysuhde on konseptti, joka kuvaa, kuinka suuri osa syötetystä energiasta muutetaan hyödylliseksi tulokseksi tai työksi. Se on dimensionless arvo, joka usein esitetään prosenttina. Määritelmän mukaan hyötysuhde η = hyödyllinen energia (tai työ) / kokonaisenergia (tai teho) jonka järjestelmä saa syöttönään.

Hyötysuhdetta sovelletaan laitteisiin, prosesseihin sekä koko järjestelmiin. Erityyppisiä hyötysuhteita ovat esimerkiksi mekaaninen, sähköinen ja terminen hyötysuhde. Termodynamiikassa äärimmäinen yläraja on Carnot-hyötysuhde, joka riippuu lämpötilojen erotuksesta ja rajoittaa ideaalisen lämpövoimakoneen mahdollisen hyötysuhteen. Todellisissa laitteissa hyötysuhde on aina alle tällaisen teoreettisen rajojen.

Hyötysuhteeseen vaikuttavat häviöt ja prosessien irreversibiliteetti. Häviöihin kuuluvat kitkakohteet, lämmönsiirtohäviöt, sähkön vastus, thyristorien häviöt sekä mekaaniset menetykset. Lisäksi hyötysuhteeseen vaikuttavat käyttöolosuhteet, suunnitteluvalinnat sekä kunnossapito.

Parantaminen tapahtuu vähentämällä häviöitä ja optimoimalla prosesseja sekä järjestelmän kokonaisuutta. Keinot voivat olla korkeamman tehokkuuden teknologian käyttö, energian talteenotto ja kierrätys, paremmin sovitetut kuormitus- ja ohjausstrategiat sekä eristäminen ja lämpöjohtuvuuden hallinta. Hyötysuhteen tavoitteena on usein pienentää energiankulutusta, pienentää päästöjä ja alentaa käyttökustannuksia.

Esimerkit: sähkömoottorit ja ajan mittaan kehittyneet generaattorit voivat saavuttaa korkean hyötysuhteen, kun taas polttomoottori- tai lämpövoimakoneet kantavat yleensä suuremmat häviöt riippuen prosessista ja lämpötiloista. Eri sovelluksissa hyödynnetään sekä rajattuja että käytännön hyötysuhdeja, jotta järjestelmä toimii mahdollisimman tehokkaasti.