Rendimiento térmico
El rendimiento térmico ( η t h {\displaystyle \eta _{th},} 
) es una medida de rendimiento adimensional de un dispositivo térmico como un motor de combustión interna, una caldera o un horno, por ejemplo.
La entrada, Q i n {\displaystyle Q_{in},} 
, al dispositivo es el calor, o el contenido de calor de un combustible que se consume. La salida deseada es el trabajo mecánico, W o u t {pantalla W_{out},} 
, o el calor, Q o u t {pantalla Q_{out},}
, o posiblemente ambos. Dado que el calor de entrada suele tener un coste económico real, una definición genérica y memorable de la eficiencia térmica es
η t h ≡ Output Input . {\a6}equiv. {\a6}equiv. {\a6}equiv. {\a6}equiv. {\a6}equiv. } 
A partir de la primera y segunda ley de la termodinámica, la producción no puede exceder lo que ingresa, por lo que
0 ≤ η t h ≤ 1,0. {\displaystyle 0\leq \eta _{th}\leq 1.0.} 
Cuando se expresa en porcentaje, la eficiencia térmica debe estar entre el 0% y el 100%. Debido a ineficiencias como la fricción, la pérdida de calor y otros factores, las eficiencias térmicas suelen ser muy inferiores al 100%. Por ejemplo, un motor de gasolina típico funciona con una eficiencia térmica de alrededor del 25%, y una gran central eléctrica de carbón alcanza un máximo de alrededor del 36%. En una central de ciclo combinado, la eficiencia térmica se aproxima al 60%.
Motores térmicos
Al transformar la energía térmica en energía mecánica, el rendimiento térmico de un motor térmico es el porcentaje de energía que se transforma en trabajo. El rendimiento térmico se define como
η t h ≡ W o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {W_{out}}{Q_{in}}}} 
,
o mediante la primera ley de la termodinámica para sustituir el trabajo producido por el rechazo del calor residual,
η t h = 1 - Q o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}=1-{\frac {Q_{out}}{Q_{in}}}}
.
Por ejemplo, cuando 1.000 julios de energía térmica se transforman en 300 julios de energía mecánica (y los 700 julios restantes se disipan como calor residual), el rendimiento térmico es del 30%.
Conversión de energía
Para un dispositivo de conversión de energía como una caldera o un horno, el rendimiento térmico es
η t h ≡ Q o u t Q i n {\displaystyle \eta _{th}\equiv {\frac {Q_{out}}{Q_{in}}}}
.
Así, para una caldera que produce 210 kW (o 700.000 BTU/h) de salida por cada 300 kW (o 1.000.000 BTU/h) de entrada de calor equivalente, su eficiencia térmica es de 210/300 = 0,70, es decir, el 70%. Esto significa que el 30% de la energía se pierde en el medio ambiente.
Un calentador de resistencia eléctrica tiene un rendimiento térmico del 100% o muy cercano, por lo que, por ejemplo, se producen 1500W de calor por 1500W de entrada eléctrica. Cuando se comparan unidades de calefacción, como un calentador de resistencia eléctrica con una eficiencia del 100% con un horno de gas natural del 80%, hay que comparar los precios de la energía para encontrar el coste más bajo.
Bombas de calor y frigoríficos
Las bombas de calor, los frigoríficos y los aparatos de aire acondicionado, por ejemplo, mueven el calor en lugar de convertirlo, por lo que se necesitan otras medidas para describir su rendimiento térmico. Las medidas más comunes son el coeficiente de rendimiento (COP), la relación de eficiencia energética (EER) y la relación de eficiencia energética estacional (SEER).
La eficiencia de una bomba de calor (HP) y de los refrigeradores (R)*:
E H P = | Q H | | W | {{displaystyle E_{HP}={{frac {|Q_{H}|}{|W|}} 
E R = | Q L | W | {\displaystyle E_{R}={frac {|Q_{L}|||W|}} 
E H P - E R = 1 {\displaystyle \displaystyle E_{HP}-E_{R}=1} 
Si las temperaturas en ambos extremos de la bomba de calor o del frigorífico son constantes y sus procesos reversibles:
E H P = T H T H - T L {\displaystyle 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}}}} 
Eficiencia energética
La "eficiencia térmica" se denomina a veces eficiencia energética. En Estados Unidos, en el uso cotidiano, el SEER es la medida más común de la eficiencia energética de los aparatos de refrigeración, así como de las bombas de calor cuando están en modo de calefacción. En el caso de los dispositivos de calefacción de conversión de energía, a menudo se indica su eficiencia térmica máxima en estado estacionario, por ejemplo, "este horno tiene una eficiencia del 90%", pero una medida más detallada de la eficacia energética estacional es la eficiencia anual de utilización del combustible (AFUE).
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la eficiencia térmica?
R: La eficiencia térmica es una medida adimensional del rendimiento de un dispositivo térmico como un motor de combustión interna, una caldera o un horno. Se calcula dividiendo la producción por la entrada del dispositivo.
P: ¿Cuáles son algunos ejemplos de dispositivos térmicos?
R: Algunos ejemplos de dispositivos térmicos son los motores de combustión interna, las calderas y los hornos.
P: ¿Cuál es la entrada de un dispositivo térmico?
R: La entrada a un dispositivo térmico es el calor o el contenido calórico de un combustible que se consume.
P: ¿Cuál es el rendimiento deseado de un dispositivo térmico?
R: La salida deseada de un dispositivo térmico puede ser trabajo mecánico, calor o ambos.
P: ¿Cómo podemos definir la eficiencia térmica en términos generales?
R: La eficiencia térmica puede definirse en términos generales como Rendimiento/Ingreso.
P: ¿En qué intervalo se encuentra el valor de ηth?
R: El valor para ηth debe estar entre 0 y 1,0 cuando se expresa como porcentaje debe estar entre 0% y 100%.
P: ¿Los valores típicos de ηth suelen ser cercanos al 100%?
R: No, debido a ineficiencias como la fricción y la pérdida de calor los valores típicos para ηth son muy inferiores al 100%. Por ejemplo, los motores de gasolina de los automóviles suelen funcionar en torno al 25%, mientras que las grandes centrales eléctricas de carbón alcanzan un máximo de alrededor del 36%, y las centrales de ciclo combinado se acercan al 60%.
