Rendimento (termodinamica)
Il rendimento termico ( η t h η t h \displaystyle \eta _{th},} 
) è una misura adimensionale delle prestazioni di un dispositivo termico come un motore a combustione interna, una caldaia o un forno, per esempio.
L'input, Q i n , 
è il calore, o il contenuto di calore di un combustibile che viene consumato. L'uscita desiderata è il lavoro meccanico, W o u t t
, o il calore, Q o u t t, Q o u t t, o 
eventualmente entrambi. Poiche' il calore in ingresso ha normalmente un costo finanziario reale, una definizione generica e memorabile di efficienza termica e
η t h ≡ Ingresso uscita . } 
Dalla prima e dalla seconda legge della termodinamica, l'uscita non può superare ciò che è in ingresso, quindi
0 ≤ η t h ≤ 1,0. 0 ^leq ^leq ^eta _{th ^leq 1.0.} 
Se espressa in percentuale, l'efficienza termica deve essere compresa tra lo 0% e il 100%. A causa di inefficienze come l'attrito, la perdita di calore e altri fattori, i rendimenti termici sono tipicamente molto inferiori al 100%. Per esempio, un tipico motore di un'automobile a benzina funziona a circa il 25% di efficienza termica, e un grande impianto elettrico alimentato a carbone raggiunge picchi di circa il 36%. In un impianto a ciclo combinato le efficienze termiche si avvicinano al 60%.
Motori termici
Quando si trasforma l'energia termica in energia meccanica, l'efficienza termica di un motore termico è la percentuale di energia che viene trasformata in lavoro. L'efficienza termica è definita come
η t h ≡ W o u t t Q i n {\a6}{Q_{{in}}}} 
,
o attraverso la prima legge della termodinamica per sostituire il rifiuto del calore disperso con il lavoro prodotto,
η t h = 1 - Q o u t Q i n {\a6}{th}=1-{{\a6}{Q_{out}}{Q_{in}}}} 
.
Ad esempio, quando 1000 joule di energia termica vengono trasformati in 300 joule di energia meccanica (con i rimanenti 700 joule dissipati come calore residuo), l'efficienza termica è del 30%.
Conversione di energia
Per un dispositivo di conversione dell'energia come una caldaia o un forno, l'efficienza termica è
η t h ≡ Q o u t Q i n {\a6}{Q_{in}}}} 
.
Quindi, per una caldaia che produce 210 kW (o 700.000 BTU/h) di potenza per ogni 300 kW (o 1.000.000 BTU/h) di potenza termica equivalente, la sua efficienza termica è 210/300 = 0,70, o 70%. Ciò significa che il 30% dell'energia viene disperso nell'ambiente.
Un riscaldatore elettrico a resistenza ha un'efficienza termica pari o molto vicina al 100%, quindi, ad esempio, 1500W di calore sono prodotti per 1500W di ingresso elettrico. Quando si confrontano unità di riscaldamento, come un riscaldatore a resistenza elettrica con un'efficienza del 100% ad un forno alimentato a gas naturale con un'efficienza dell'80%, i prezzi dell'energia devono essere confrontati per trovare il costo più basso.
Pompe di calore e Frigoriferi
Le pompe di calore, i frigoriferi e i condizionatori d'aria, ad esempio, spostano il calore, piuttosto che convertirlo, per cui sono necessarie altre misure per descrivere le loro prestazioni termiche. Le misure comuni sono il coefficiente di prestazione (COP), l'indice di efficienza energetica (EER) e l'indice di efficienza energetica stagionale (SEER).
L'efficienza di una pompa di calore (HP) e dei frigoriferi (R)*:
E H P = | Q H H | | W | {\an8}={{\an8}}frac {|Q_{H}|}{|W|}}}}} E H P = | Q H | | | W | {\an8}} {\an8}}{\an8} W 
E R = | Q L | | W | {\a6}={\a6}}{\a6}}{\a6}{\a6}}{\a6}}} E R = | Q L | | | W | {\a6}}}{\a6}}{\a6}{\a6} 
E H P - E R = 1 {\a6}E_{HP}-E_{R}=1} 
Se le temperature ad entrambe le estremità della pompa di calore o del frigorifero sono costanti e i loro processi sono reversibili:
E H P = T H H T T H - T L {\frac {T_{H}}{T_{H}-T_{H}-T_{L}}}} 
E R = T L T H - T L {\a6}}{T_{R}={frac {T_{L}}{T_{H}-T_{L}}}} 
Efficienza energetica
L'"efficienza termica" è talvolta chiamata efficienza energetica. Negli Stati Uniti, nell'uso quotidiano il SEER è la misura più comune di efficienza energetica per i dispositivi di raffreddamento, così come per le pompe di calore quando sono in modalità riscaldamento. Per i dispositivi di riscaldamento a conversione di energia, il loro picco di efficienza termica allo stato stazionario è spesso indicato, ad esempio, "questo forno è efficiente al 90%", ma una misura più dettagliata dell'efficienza energetica stagionale è l'Annual Fuel Utilization Efficiency (AFUE).
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Domande e risposte
D: Che cos'è l'efficienza termica?
R: L'efficienza termica è una misura dimensionale delle prestazioni di un dispositivo termico come un motore a combustione interna, una caldaia o un forno. Si calcola dividendo la produzione per l'ingresso del dispositivo.
D: Quali sono alcuni esempi di dispositivi termici?
R: Esempi di dispositivi termici sono i motori a combustione interna, le caldaie e i forni.
D: Qual è l'ingresso in un dispositivo termico?
R: L'ingresso in un dispositivo termico è il calore o il contenuto di calore di un combustibile che viene consumato.
D: Qual è il rendimento desiderato da un dispositivo termico?
R: Il rendimento desiderato da un dispositivo termico può essere il lavoro meccanico, il calore o entrambi.
D: Come possiamo definire l'efficienza termica in termini generali?
R: L'efficienza termica può essere definita in generale come Rendimento/Ingresso.
D: In quale intervallo rientra il valore di ηth?
R: Il valore di ηth deve essere compreso tra 0 e 1,0. Se espresso in percentuale, deve essere compreso tra 0% e 100%.
D: I valori tipici di ηth sono solitamente vicini al 100%?
R: No, a causa di inefficienze come l'attrito e la perdita di calore, i valori tipici di ηth sono molto inferiori al 100%. Ad esempio, i motori delle automobili a benzina funzionano in genere a circa il 25%, mentre le grandi centrali elettriche a carbone raggiungono un picco di circa il 36%, con impianti a ciclo combinato che si avvicinano al 60%.
