L'obiettivo di un motore è far muovere qualcosa. Spesso quel qualcosa è un asse, il cui moto di rotazione può essere convertito in moto traslatorio, come in un'auto, o altrimenti essere utilizzato per eseguire operazionilavoro(che ha unità di energia).
Ilenergia(energia per unità di tempo) per il motore di solito proviene dall'elettricità, la cui fonte ultima potrebbe essere una centrale a carbone, un mulino a vento o un banco di celle solari.
La fisica applicata può essere usata per determinareefficienza del motore,che è una misura della frazione di energia immessa in un sistema meccanico che risulta in lavoro utile. Più efficiente è il motore, minore è lo spreco di energia sotto forma di calore, attrito e così via, e maggiori risparmi sui costi per un imprenditore in uno scenario di produzione.
Potenza, Energia e Lavoro
EnergiaQuesta fisica assume molte forme: cinetica, potenziale, termica, meccanica, elettrica e altro ancora. Il lavoro è definito come la quantità di energia spesa per spostare una massa
Energiaè l'energia per unità di tempo. Potresti spendere un determinato numero di joule per attraversare un parcheggio, ma se fai uno sprint e percorri la distanza in 20 secondi anziché camminare e impiegare due minuti, la tua potenza è corrispondentemente più alta nello sprint esempio. L'unità SI è Watt (W) o J/s.
Valori tipici di efficienza del motore
L'efficienza è semplicemente la potenza in uscita (utile) divisa per la potenza in ingresso, con la differenza che sono le perdite dovute a imperfezioni nel design e ad altre inevitabilità. L'efficienza in questo contesto è un decimale che varia da 0 a 1.0, o talvolta una percentuale.
Di solito, più potente è il motore, più efficiente dovrebbe essere. Un'efficienza di 0,80 è buona per un motore da 1 a 4 CV, ma è normale puntare a oltre 0,90 per motori da 5 CV e più potenti.
Formula di efficienza del motore elettrico
L'efficienza è spesso indicata dalla lettera greca eta (η), ed è calcolato utilizzando la seguente formula:
= \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{load}}{P_i}
Qui,hp= potenza motore,caricare= Potenza di uscita come percentuale della potenza nominale, ePio= potenza assorbita in kW.
- Il fattore costante 0,7457 viene utilizzato per convertire la potenza in kilowatt. Questo perché 1 CV = 745,7 W o 0,7457 kW.
Esempio: Dato un motore da 75 CV, un carico misurato di 0,50 e una potenza in ingresso di 70 kW, qual è l'efficienza del motore?
\begin{allineato} η &= \frac{0.7457 \;\text{kW/hp} × 75 \;\text{hp} × 0,50}{70 \;\text{kW}} \\ &= 0,40 \end {allineato}
Formula di calcolo della potenza del motore
A volte ti viene data l'efficienza in un problema e ti viene chiesto di risolvere per una variabile diversa, come la potenza in ingresso. In questo caso riorganizzare l'equazione secondo necessità.
Esempio:Data un'efficienza del motore di 0,85, un carico di 0,70 e un motore da 150 CV, qual è la potenza in ingresso?
\begin{allineato} η &= \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{load}}{P_i} \\ \text{Pertanto} \;P_i &= \frac{0.7457 × \text{hp} × \text{load}}{η} \\ &= \frac{0.7457 \;\text{kW/hp}×150 \;\text{hp}×0.70}{0.85} \\ & = 92,1 \;\testo{kW} \end{allineato}
Calcolatore dell'efficienza del motore: formula alternativa
A volte ti vengono dati i parametri di un motore, come la sua coppia (forza applicata attorno a un asse di rotazione) e i suoi giri al minuto (rpm). Puoi usare la relazioneη = Po/Pio, dovePo è la potenza di uscita, per determinare l'efficienza in questi casi, perchéPio è dato daio × V, o corrente per voltaggio, mentrePo è uguale alla coppiaτ volte la velocità di rotazioneω. La velocità di rotazione in radianti al secondo è data a sua volta daω= (2π)(rpm)/60.
Così:
\begin{allineato} η &= P_o/P_i \\ &=\frac{τ×2π×\text{rpm}/60}{I×V} \\ &= \frac{(π /30)(τ × \text{rpm})}{I×V} \\ \end{allineato}