Verkningsgrader

Verkningsgrader är ett mått på hur effektivt en maskin eller process omvandlar tillförd energi till nyttig effekt eller arbete. Vanligen definieras verkningsgrad (η) som förhållandet mellan den nyttiga effekten eller arbetet som lämnar systemet och den totala tillförda energin eller effekten: η = nyttig effekt / tillförd effekt. I termiska sammanhang betecknas ofta nyttig arbete som W_out och tillförd energi som Q_in, så att η = W_out / Q_in. Verkningsgrader är dimensionslösa och mellan 0 och 1 (eller mellan 0% och 100%).

Det finns flera typer av verkningsgrad. Termisk verkningsgrad gäller ofta värme- eller kraftproducerande system och anger hur stor del av tillförd energi som omvandlas till användbar energi. Mekanisk verkningsgrad anger hur stor del av den lästa mekaniska energi som bevaras efter friktion och andra mekaniska förluster. Elektrisk verkningsgrad beskriver förlusten i elektriska omvandlings- eller överföringssystem. Den övergripande verkningsgraden för ett helt system är produkten av delarnas verkningsgrader och varierar med driftförhållanden.

Praktiskt används verkningsgrader för att bedöma energieffektivitet och kostnader, samt för att jämföra olika maskiner eller driftsätt. Exempel: bensin- eller dieselmotorer har verkningsgrader som ofta ligger i intervallet cirka 20–40 procent beroende på teknik och drift; moderna gasturbiner och ångturbiner kan uppnå högre värden, men alltid under en teoretisk övre gräns. Den teoretiska maximalen begränsas av Carnots effektivitet, η_carnot = 1 − T_cold / T_hot, som gäller för idealiska, reversibla processer mellan två temperaturer.

Det är viktigt att notera att verkningsgrad endast beskriver kvantiteten av energiomvandlingen och inte kvaliteten på energin eller den miljöpåverkan som följer. Exempelvis kan en hög verkningsgrad fortfarande innebära stora utsläpp om utgångsenergin är svår att få tag i. För mer detaljer om hur man jämför effektivitet i olika sammanhang används ofta begrepp som exergi eller exergetisk verkningsgrad.