Eficiencia eléctrica

La eficiencia de un sistema en ingeniería electrónica y eléctrica se define como la potencia de salida útil dividida por la potencia eléctrica total consumida (una expresión fraccionaria), normalmente denotada por la letra griega minúscula eta (η - ήτα).

EfficiencSí.=UsefulpoweroutputTotalpowerinput{displaystyle mathrm {Efficiency} ={frac {mathrm {Useful power output}{mathrm {Total power input}}}}

Si la entrada y salida de energía se expresan en las mismas unidades, la eficiencia es un número adimensional. Donde no es habitual o conveniente representar la energía de entrada y salida en las mismas unidades, las cantidades similares a la eficiencia tienen unidades asociadas con ellas. Por ejemplo, la tasa de calor de una planta de energía de combustibles fósiles se puede expresar en BTU por kilovatio-hora. La eficacia luminosa de una fuente de luz expresa la cantidad de luz visible para una cierta cantidad de transferencia de energía y tiene las unidades de lúmenes por vatio.

Eficiencia de dispositivos eléctricos típicos

Eficiencia no debe confundirse con efectividad: un sistema que desperdicia la mayor parte de su potencia de entrada pero produce exactamente lo que debe producir es efectivo pero no eficiente. El término "eficiencia" sólo tiene sentido en referencia al efecto buscado. Una bombilla, por ejemplo, podría tener un 2 % de eficiencia en la emisión de luz y aún así ser un 98 % eficiente en calentar una habitación (en la práctica, es casi un 100 % eficiente en calentar una habitación porque la energía de la luz también se convertirá en calor con el tiempo, salvo la pequeña fracción que sale por las ventanas). Un amplificador electrónico que entrega 10 vatios de potencia a su carga (por ejemplo, un altavoz), mientras extrae 20 vatios de potencia de una fuente de alimentación tiene una eficiencia del 50 %. (10/20 × 100 = 50%)

• Hervidor eléctrico: más del 90% (comparativamente poca energía térmica se pierde durante los 2 a 3 minutos que el hervidor toma para hervir agua).
• Un motor eléctrico de alta eficiencia: más del 90% (ver Artículo Principal: Eficiencia Premium).
• Un gran transformador de potencia utilizado en la red eléctrica puede tener eficiencia de más del 99%. Los transformadores del siglo XIX eran mucho menos eficientes, desperdiciando hasta un tercio de la energía que pasaba por ellos.
• Una planta de vapor utilizada para generar electricidad puede tener una eficiencia del 30-40%.

Eficiencia de los dispositivos en el punto de máxima transferencia de potencia...

Como resultado del teorema de la potencia máxima, los dispositivos transfieren la potencia máxima a una carga cuando funcionan con una eficiencia eléctrica del 50 %. Esto ocurre cuando la resistencia de carga (del dispositivo en cuestión) es igual a la resistencia equivalente de Thevenin interna de la fuente de alimentación. Esto es válido solo para fuentes no reactivas e impedancias de carga.

Eficiencia de las bombillas

Discusión

La alta eficiencia es especialmente relevante en los sistemas que pueden funcionar con baterías. La ineficiencia puede requerir sopesar el costo de la energía desperdiciada o del suministro de energía requerido contra el costo de lograr una mayor eficiencia. La eficiencia generalmente se puede mejorar eligiendo diferentes componentes o rediseñando el sistema. La ineficiencia probablemente produce calor adicional dentro del sistema, que debe eliminarse para que permanezca dentro de su rango de temperatura de funcionamiento. En un entorno con clima controlado, como una casa u oficina, el calor generado por los electrodomésticos puede reducir los costos de calefacción o aumentar los costos de aire acondicionado.

Las conexiones de puente de impedancia tienen una impedancia de carga mucho mayor que la fuente, lo que ayuda a transferir señales de voltaje con una alta eficiencia eléctrica.