Rechner für den thermischen Wirkungsgrad

Der thermische Wirkungsgrad beschreibt den Anteil der zugeführten Wärmeenergie, den eine Wärmekraftmaschine in Nutzarbeit umwandelt. Dieser Rechner verwendet η = Wout/Qin × 100%. Dabei ist η der Wirkungsgrad in Prozent, Wout die abgegebene Netto-Nutzarbeit und Qin die von der heißen Quelle aufgenommene Wärme. Die übrige Energie wird als Wärme abgeführt: Qout = Qin - Wout. Wärme und Arbeit müssen dieselbe Einheit verwenden, etwa Joule, Kilojoule oder Kilowattstunden, da der Wirkungsgrad ein dimensionsloses Verhältnis ist. Eine Wärmekraftmaschine arbeitet zyklisch zwischen einer heißen und einer kalten Umgebung. Sie kann bei einem vollständigen Kreisprozess nicht die gesamte aufgenommene Wärme in Arbeit umwandeln; ein Teil der Energie muss an eine kältere Wärmesenke abgegeben werden. Das folgt aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik und liegt nicht nur an unvollkommener Bauweise. Reale Maschinen verlieren zusätzliche nutzbare Energie durch Reibung, irreversible Verbrennung, endliche Temperaturdifferenzen, Pumpen, Abgas, Kühlung und Hilfsaggregate. Deshalb liegt der gemessene Wirkungsgrad stets unter der jeweiligen idealen Grenze. Thermische Wirkungsgrade können sich auf unterschiedliche Systemgrenzen und Brennstoffkennwerte beziehen. Brutto-indizierter Wirkungsgrad, effektiver thermischer Wirkungsgrad und Gesamtwirkungsgrad eines Kraftwerks berücksichtigen nicht zwingend dieselben Verluste. Brennstoffberechnungen können den Brennwert oder den Heizwert verwenden, wodurch sich der Nenner ändert. Vergleichen Sie Systeme nur bei einheitlich definierter Wärmezufuhr, Nutzleistung, Betriebsbedingung und Messgrenze. Bei stromerzeugenden Geräten integrieren Sie die Leistung über denselben Zeitraum wie die Wärmezufuhr aus dem Brennstoff oder vergleichen bei vernachlässigbarer Speicherung die stationären Leistungen. Das ideale Maximum einer Maschine zwischen zwei Reservoirs konstanter Temperatur ist der Carnot-Wirkungsgrad 1 - Tc/Th, wobei beide absoluten Temperaturen in Kelvin einzusetzen sind. Dieser einfache Energieverhältnis-Rechner benötigt keine Temperaturen und setzt keinen Carnot-Prozess voraus. Er bewertet beobachtete oder vorgegebene Energieströme. Ein Ergebnis über 100 Prozent weist auf widersprüchliche Eingaben, uneinheitliche Einheiten, eine fehlende Energiequelle oder fehlerhafte Bilanzgrenzen hin. Daher wird eine Arbeit oberhalb der Wärmezufuhr nicht akzeptiert. Nutzen Sie das Ergebnis für den Thermodynamikunterricht, erste Maschinenvergleiche und Energiebilanzprüfungen. Eine detaillierte Systembewertung sollte Unsicherheit, instationären Betrieb, Brennstoffzusammensetzung, Hilfsverbraucher, Wärmerückgewinnung und die genaue Definition der Nutzabgabe berücksichtigen. Wirkungsgrad ist nicht gleich Leistung: Eine sehr effiziente Maschine kann wenig Leistung haben, während eine leistungsstarke Maschine einen großen Teil ihrer Eingangsenergie verschwenden kann.