Эффективность

Эффективность

Понятие эффективности также применяется к выходной мощности двигателей. Некоторые недобросовестные производители называют двигатель, который вырабатывает746 ватт, двигатель мощностью до одной лошадиной силы. Но поскольку ни один двигатель не эффективен на 100%, чтобы генерировать одну л.с. полезной механической энергии на валу, необходимо около 1 250 ватт электроэнергии. Это значение иногда определяют как "мощность на валу в л.с."

Мощность большинства электроприборов рассчитывается в ваттах. Номинальные значения относятся к максимальному количеству электричества, потребляемого приборами в ходе эксплуатации, а не к количеству производимой мощности. Важно делать различие между этими двумя величинами, поскольку ни один прибор не может быть эффективен на 100 %. Не вся электрическая мощность, производимая, например, водяной баней, может быть действительно преобразована в тепло, и не все созданное тепло идет в пищу в процессе приготовления. Часть мощности может быть использовано для создания механического действия, такого как запуск насоса. Некоторое количество тепла уходит на нагрев стенок водяной бани и в окружающий воздух.

Часть входной мощности, которую устройство преобразует в полезное тепло и механические действия, известна как коэффициент полезного действия (КПД). Автомобильные двигатели обычно имеют КПД всего 25%, но КПД маленьких электродвигателей, таких как, насос в водяной бане или двигатель в смесителе, могут достигать 60 %. Кастрюля на газовой конфорке...

на газовой конфорке плиты далеко не так эффективно передает мощность еде, которая в ней готовится. Тепло, которое вы чувствуете, когда вы находитесь рядом с плитой, исходит от тепловой энергии, ушедшей на сторону, а не в пищу.

Другие типы горелок, такие как электроспирали или стеклокерамические кухонные плиты, нагреваемые галогенными лампами, могут затрачивать меньше ватт для нагрева сковороды. Эффективная работа горелки зависит от формы горелки, материала, из которого она сделана, и других факторов.

Индукционные горелки намного эффективнее газовых или любых других нагревательных электрических элементов, поскольку они нагревают только поставленные на них кастрюли и сковороды, а не окружающий воздух или промежуточные поверхности.

Для всех типов горелок имеет значение также размер, форма и материал, нагреваемой сковороды, Например, сковороды с глянцевой поверхностью нагреваются эффективнее, чем сковороды с черным покрытием.

Факты о трении

Если у вас холодные руки, вы можете нагреть их, просто быстро потерев друг об друга. Сила, известная как трение, противодействует движению и расходуемая энергия, преодолевая трение, преобразуется в тепло. Каждый раз, когда две поверхности, двигаясь, соприкасаются друг с другом, трение вызывает сопротивление. И если потом происходит движение, появляется тепло.

Также трение создает тепло на кухне, хотя количество тепла часто настолько мало, что оно неощутимо. Например, когда вы режете продукты ножом, трение создается посредством скольжения ножа по сторонам разреза продукта и это движение немного нагревает продукт. Вы не ощущаете этого эффекта, поскольку он слишком незначителен и все происходит очень быстро.

Тем не менее, в блендере или роторно-статорном гомогенизаторе «нож» вращается с такой высокой скоростью, что еда внутри может достаточно нагреться в результате механической работы по преодолению силы трения. Конечно, по неосторожности, вы в этом случае можете и перегреть или случайно приготовить некоторые продукты.

Таким образом, наше мнение об эффективности или неэффективности кухонного прибора зависит от наших целей. Мы хотим, чтобы наш блендер был эффективен, выполняя механическую работу по вращению лезвий; тепло является неэффективностью. Но мы хотим, чтобы водяные бани и кухонные плиты нагревали, а не перемешивали еду. В этом случае, механическая работа, требуемая для запуска насоса или вентилятора, будет частью неэффективности.

Технология

Эффективный нагрев пищи

Существует разница между тем количеством энергии, которую кухонный нагревательный прибор потребляет, и тем, которое действительно поступает в нагреваемую пищу. Чем менее эффективен нагревательный прибор, тем больше разница. Энергетический коэффициент полезного действия горелок, кухонных плит и водяных бань значительно разнится в зависимости от модели нагревательного прибора, размера, формы и состава контейнера, содержащего еду. Также это зависит и от других факторов, таких как скорость поступления энергии. Если эти различия в параметрах сведены к минимуму, как сравнивать кухонные плиты?

В нашей лаборатории мы провели испытания, чтобы проверить эффективность нагревательных и охлаждающих устройств. В любом случае, нам необходимо знать как количество электрической энергии, потребляемой устройством, так и количество тепла, переданное этим устройством (взятое из) определенному количеству воды. Мы контролировали мощность, потребляемую каждым устройством, с помощью специального прибора. Для определения нагревательной или охлаждающей способности, мы поместили измеренное количество воды в прибор и засекли, сколько времени потребуется прибору для повышения или понижения температуры воды на заданное количество градусов. Обладая этой информацией, мы смогли бы, используя значение теплоемкости воды, то есть количество энергии, необходимое для того, чтобы повысить температуру 1 килограмма воды на 1 °C, точно рассчитать нагревательную или охлаждающую способность и коэффициент полезного действия.

Наши показатели не всегда соответствовали утверждениям производителей. Возможно, это открытие и не удивительно, поскольку производители приборов иногда дают другое определение коэффициента полезного действия. Им характеризуют скорее долю мощности, производящей тепло (где-либо), чем долю, которая действительно нагревает содержимое кастрюли.

В ходе наших экспериментов мы не принимали в расчет тот факт, что электричество генерируется электростанциями с низким КПД. Эффективность газовых горелок ужасно низкая – всего 30 %. Природный газ является более дешевым источником мощности, чем электричество и он доставляется без значительных потерь при транспортировке. Таким образом, готовить на газу все еще выгодно.

Электроспираль:

КПД 42%

Индукционная конфорка

КПД 56%

Охлаждающая водяная баня с конвекцией и крышкой

КПД 64%

Водяная баня без конвекции с крышкой

КПД 85%

Водяная баня с конвекцией и крышкой

В нашей экспериментальной модели для измерения теплового кпд мы использовали кастрюлю с водой, нагреваемую над изучаемым тепловым источником, при этом термозонд и устройство сбора данных были соединены с компьютером.

Еще статьи