Olof Trätälja skrev:Att jag sätter "verkningsgrad" inom situationstecken är för att jag tycker det är ganska meningslöst att tala om kvoten mellan mekanisk energi och värmevärde. Denna kvot bestäms i allt väsentligt av bränslets oktantal och sedan väljer man motorkonstruktion efter vad som är bäst för den bränsletyp man ämnar använda.
J.K Nilsson skrev:Jo nog är det meningsfullt att tala om verkningsgrad. Om vi vill ha ett mekaniskt arbete uträttat så vill vi ju använda så lite bränsle som möjligt för det. Om vi väljer ett bränsle och en motorkonstruktion som ger en hög verkningsgrad för att uträtta ett visst mekaniskt arbete får vi räkna med att med att "tillverkas" mindre mängd värmeenergi för att driva värmeanläggning, katalysator och värma motorn.
Olof Trätälja skrev:Men varför är det meningsfullt att tala om verkningsgrad när man jämför olika bränslen. Vi har de bränslen vi har och det går inte att bara pumpa upp enbart tex dieselolja. Resultatet av att försöka skatta bort bensinen blir endast en förskjutning av marknadspriserna så att bensinen används mer någon annanstans med merkostnader och onödiga transporter som följd. Varför skulle det vara bra för miljön? Det finns faktiskt inget bättre sätt att avgöra vilket bränsle som skall användas var än genom att låta marknadsprisskillnaden slå igenom. Verkningsgrad när den mäts som kvoten mellan mekanisk energi och kemisk energi är endast intressant vid jämförelse mellan motorer som går på samma bränsle.
J.K Nilsson skrev:Jo det är meningsfullt att betrakta verkningsgraden också. En gnisttänd etanoloptimerad ottomotor kommer att ha högre verkningsgrad än en mjukvarukonverterad gnisttänd ottomotor som är optimerad för handelsbensin.
Olof Trätälja skrev:Men nu talar du ju om hur motorn skall optimeras för ett specifikt bränsle, etanol. Att verkningsgradbegreppet är användbart i det fallet är vi ju helt överens om.
J.K Nilsson skrev:Och av det följer möjligheterna att föra transportpolitik och energipolitk också.
Olof Trätälja skrev:Hmm, det där kräver nog en förklaring.
J.K Nilsson skrev:Om vi bara tillåter monobränslebilar så kan det totala transportbehovet av drivmedel minskas. Ökas verkningsgraden minskar skillnaderna till att elda fastbränsle i fasta anläggningar.
Olof Trätälja skrev:Nej tyvärr det här resonemanget klarar jag fortfarande inte att följa.
J.K Nilsson skrev:Drivmedel till fordon är också en del i sveriges totala energibehov och kan man veta att ett visst sorts drivmedel har betydelse för utsläpp och förbrukning av olika resurser. Som jag skrev tidigare så ser jag att man kan optimera fasta anläggningar till använda lågraffinerade petroliumprodukter, höja verkningsgraden på kraftverk, värmeverk och kratvärmeverk, man sänker energibehovet och utsläppen.
Den här logiken ger jag upp att försöka förstå och jag vågar nog vara så rak att jag hävdar att den inte finns. Istället tycks det finnas en dogm vars innebörd trots allt tycks vara olika "verkningsgrader" för olika bränslen är absolut jämförbara med varandra och att man på något vis skulle kunna få ut mer energi ur systemet genom att på varje plats suboptimera den lokala verkningsgraden. Dogmen förblir inte bara omotiverad genom hela debatten, den är också totalfel, det är helt enkelt inte så. Man kan inte minska energianvändningen på det viset, försöker man använda diesel eller bensin i fasta anläggningar så sjunker givetvis inte förbrukningen där, den kommer att stiga våldsamt. Det finns elverk som eldas på diesel och de har givetvis mycket dålig "verkningsgrad" just för att man använder diesel vilket är ett
sämre bränsle än tjockoljorna och givetvis skulle man få ut ännu mindre om man försökte med bensin. Påståendet i sista meningen ovan är helt enkelt i direkt motsats till verkliga förhållanden och troligen är det väl på grund av den missuppfattningen diskussionen står och stampar.
Om verkningsgrader
Verkningsgrad definieras hur mycket av en energiform som kan föras över till en annan. När det gäller termodynamiska processer så handlar det vanligen om att beskriva den så kallade entropiökningen i form av "energiförbrukning" eftersom många saknar kännedom om entropibegreppet eftersom man i motsats för energibegreppet inte undervisar om det i grundutbildningar. I grunden är dock båda begreppen lika abstrakta. Energi kan emellertid inte förstöras och någon egentlig förbrukning sker inte, systemets totala "verkningsgrad" är således egentligen alltid 100%. Detta känner de flesta till men accepterar ändå att räkna med "energiförbrukning" och verkningsgrader eftersom man saknar andra begrepp och behöver begrepp för att hantera hur effektivt ett bränsle används. För att förstå frågan djupare behövs dock entropibegreppet.
Entropin beskriver energins oordning och en av de filosofiskt intressantare satserna i fysiken är att entropin alltid är oförändrad eller ökande ! -Termodynamikens andra huvudsats.
För vårt praktiska problem behöver vi dock inte fundera på de filosofiska innebörderna av denna sats. Det enda vi behöver veta är att:
1. När vi har ett kemiskt bränsle så finns energin helt ordnad entropin S=0.
2. När vi förbränner den kemiska energin så blir den oordnad S>0.
3. Vi behöver dock ordnad energi för att kunna utföra ett mekaniskt arbete S=0
4. Eftersom entropin är oförstörbar så behöver vi för att kunna använda den mekaniskt sortera upp den så att en del av energin blir ordnad och en annan oordnad !
-viktigt konstaterande !
(givetvis är det den ordnade andelen efter denna sortering som brukar kallas verkningsgrad)
Här kan vi direkt konstatera att den mekaniska andelen är beroende av två saker dels hur mycket entropi som bildas vi förbränningen dels hur mycket energi som går åt för att sortera bort den.
För att veta hur mycket entropi som bildas resp hur mycket energi som behöver föras bort behöver vi veta derivatan mellan entropi och energi.
Här uppträder då något förvånande kanske faktumet att bland alla dessa abstrakta storheter så finns det helt plötsligt en som människan har förmåga att uppfatta med sina sinnen. Under konstant mängd och tryck är nämligen partialderivatan av entropin i förhållande mot energiförändringen den inverterade temperaturen !
(Detta är i själva verket den fysikaliska definitionen av temperaturbegreppet.)
Av detta följer således mer eller mindre direkt att energikostnaden för att föra bort en viss entropi som bäst/minst är Eo=S*To där To är den absoluta omgivningstemperaturen (en lägre kyltemperatur kan vi inte uppnå).
Återstår då att svara på hur mycket entropi minst kan tillföras vid förbränningen. Nu gäller det förstås att hålla reda på alla parametrar eftersom även trycket vanligen ändras, uppenbart i explosionsmotorer men det sker också vid vanlig förbränning. I explosionsmotorer är i själva verket trycket och bränslets trycktålighet de vanligen använda praktiska parametrarna, vanligen beskrivna som olika former av experimentellt fastställda oktantal. Alla dessa egenskaper är dock bränsleegenskaper som hör samman med hur fast energin är "förankrad" innan den lossnar. Den parameter som beräkningsmässigt bäst beskriver detta och som gäller vid just normalt tryck är antändningstemperaturen, Ta. I själva verket kan man inte orsaka mindre entropi vid förbränningen än vad som därav följer dvs. S=E/Ta.
Vi får således Eo=E*To/Ta och verkningsgraden =(E-Eo)/E blir således maximalt 1-To/Ta för ett visst bränsle.
Eller för att beskriva det tydligare i text, det är inte möjligt att genom en värmeprocess få ut mer mekanisk energi ur ett bränsle än (1-
absoluta omgivningtemperaturen/
absoluta antändningstemperaturen)*
värmevärdet.
(Den intresserade rekommenderas starkt att räkna ut vad denna mekaniska energipotential faktiskt är för några olika bränslen för att inse hur bra de olika motorerna egentligen är i förhållande till teoretiskt maximum)
Slutsatsen av detta är att man inte kan dribbla med olika anläggningar och tro att man skall kunna få ut mer mekanisk energi, ty det är inte i motorernas eller värmekraftverkens konstruktion begränsningarna finns utan i bränslenas inre egenskaper.
