La eficiencia de conversión de energía (η) es la relación entre la salida útil de una máquina de conversión de energía y la entrada, en términos de energía. La entrada, así como la salida útil, puede ser química, energía eléctrica, trabajo mecánico, luz (radiación) o calor.

Visión general
La eficiencia de conversión de energía depende de la utilidad de la salida. Todo o parte del calor producido por la quema de un combustible puede convertirse en calor residual rechazado si, por ejemplo, el trabajo es la salida deseada de un ciclo termodinámico. El convertidor de energía es un ejemplo de una transformación de energía. Por ejemplo, una bombilla cae dentro de las categorías de convertidor de energía.  Aunque la definición incluye la noción de utilidad, la eficiencia se considera un término técnico o físico. Los términos orientados a objetivos o misiones incluyen efectividad y eficacia.

Generalmente, la eficiencia de conversión de energía es un número adimensional entre 0 y 1.0, o 0% a 100%. Las eficiencias no pueden exceder el 100%, por ejemplo, para una máquina de movimiento perpetuo. Sin embargo, otras medidas de efectividad que pueden exceder de 1.0 se usan para bombas de calor y otros dispositivos que mueven calor en lugar de convertirlo.

Cuando se habla de la eficiencia de los motores térmicos y las centrales eléctricas, se debe establecer la convención, es decir, HHV (también conocido como Valor de calentamiento bruto, etc.) o LCV (también conocido como Valor de calentamiento neto), y si la producción bruta (en los terminales del generador) o la red Se está considerando la salida (en la cerca de la central eléctrica). Los dos están separados pero ambos deben ser establecidos. El no hacerlo causa una confusión sin fin.

Relacionados, términos más específicos incluyen

Eficiencia eléctrica, potencia útil de salida por potencia eléctrica consumida;
Eficiencia mecánica, donde una forma de energía mecánica (por ejemplo, energía potencial del agua) se convierte en energía mecánica (trabajo);
Eficiencia térmica o Eficiencia de combustible, calor útil y / o rendimiento de trabajo por energía de entrada, como el combustible consumido;
‘Eficiencia total’, por ejemplo, para cogeneración, energía eléctrica útil y salida de calor por combustible consumido. Igual que la eficiencia térmica.
Eficacia luminosa, esa porción de la radiación electromagnética emitida es utilizable para la visión humana.

Valores de calentamiento de combustible y eficiencia.
En Europa, el contenido de energía utilizable del combustible se calcula normalmente utilizando el valor de calentamiento más bajo (LHV) de ese combustible, cuya definición supone que el vapor de agua producido durante la combustión (oxidación) del combustible, permanece gaseoso y no se condensa en agua líquida. por lo que el calor latente de vaporización de esa agua no es utilizable.Usando el LHV, una caldera de condensación puede lograr una «eficiencia de calentamiento» superior al 100% (esto no viola la primera ley de la termodinámica siempre que se entienda la convención de LHV, pero causa confusión). Esto se debe a que el aparato recupera parte del calor de vaporización, que no está incluido en la definición del valor de calentamiento más bajo del combustible. En los EE. UU. Y en otros lugares, se utiliza el valor de calentamiento más alto (HHV), que incluye el calor latente para condensar el vapor de agua y, por lo tanto, el máximo termodinámico del 100% de eficiencia no se puede superar con el uso de HHV.

Eficacia del tapón, eficiencia luminosa y eficacia.
En los sistemas ópticos, como la iluminación y los láseres, la eficiencia de conversión de energía a menudo se denomina eficiencia de enchufe de pared. La eficiencia del enchufe de pared es la medida de la energía de radiación de salida, en vatios (julios por segundo), por el total de la energía eléctrica de entrada en vatios. La energía de salida generalmente se mide en términos de irradiancia absoluta y la eficiencia del enchufe de pared se da como un porcentaje de la energía de entrada total, con el porcentaje inverso que representa las pérdidas.

La eficiencia del enchufe de pared difiere de la eficiencia luminosa en que la eficiencia del enchufe de pared describe la conversión directa de salida / entrada de energía (la cantidad de trabajo que se puede realizar), mientras que la eficiencia luminosa tiene en cuenta la sensibilidad variable del ojo humano a diferentes longitudes de onda ( qué tan bien puede iluminar un espacio). En lugar de utilizar vatios, la potencia de una fuente de luz para producir longitudes de onda proporcionales a la percepción humana se mide en lúmenes. El ojo humano es más sensible a las longitudes de onda de 555 nanómetros (amarillo verdoso), pero la sensibilidad disminuye drásticamente a ambos lados de esta longitud de onda, siguiendo una curva de potencia gaussiana y cayendo a una sensibilidad cero en los extremos rojo y violeta del espectro. Debido a esto, el ojo no suele ver todas las longitudes de onda emitidas por una fuente de luz particular, ni tampoco ve todas las longitudes de onda dentro del espectro visual por igual. El amarillo y el verde, por ejemplo, constituyen más del 50% de lo que el ojo percibe como blanco, aunque en términos de energía radiante, la luz blanca está formada por partes iguales de todos los colores (es decir, un láser verde de 5 mw parece más brillante). que un láser rojo de 5 mw, sin embargo, el láser rojo se destaca mejor sobre un fondo blanco). Por lo tanto, la intensidad radiante de una fuente de luz puede ser mucho mayor que su intensidad luminosa, lo que significa que la fuente emite más energía de la que el ojo puede usar.Del mismo modo, la eficiencia del enchufe de pared de la lámpara es generalmente mayor que su eficiencia luminosa. La eficacia de una fuente de luz para convertir la energía eléctrica en longitudes de onda de la luz visible, en proporción a la sensibilidad del ojo humano, se conoce como eficacia luminosa, que se mide en unidades de lúmenes por vatio (lm / w) de entrada eléctrica -energía.

A diferencia de la eficacia (efectividad), que es una unidad de medida, la eficiencia es un número sin unidades expresado como un porcentaje, que solo requiere que las unidades de entrada y salida sean del mismo tipo. Por lo tanto, la eficiencia luminosa de una fuente de luz es el porcentaje de eficacia luminosa por la máxima eficacia teórica en una longitud de onda específica. La cantidad de energía transportada por un fotón de luz está determinada por su longitud de onda. En lúmenes, esta energía se compensa con la sensibilidad del ojo a las longitudes de onda seleccionadas. Por ejemplo, un puntero láser verde puede tener más de 30 veces el brillo aparente de un puntero rojo de la misma potencia de salida. A 555 nm de longitud de onda, 1 vatio de energía radiante es equivalente a 685 lúmenes, por lo que una fuente de luz monocromática a esta longitud de onda, con una eficacia luminosa de 685 lm / w, tiene una eficiencia luminosa del 100%. La eficacia máxima teórica disminuye para longitudes de onda en ambos lados de 555 nm. Por ejemplo, las lámparas de sodio de baja presión producen luz monocromática a 589 nm con una eficacia luminosa de 200 lm / w, que es la más alta de todas las lámparas. La eficacia máxima teórica en esa longitud de onda es de 525 lm / w, por lo que la lámpara tiene una eficiencia luminosa del 38,1%. Debido a que la lámpara es monocromática, la eficiencia luminosa casi coincide con la eficiencia de enchufe de pared de & lt; 40%.

Los cálculos para la eficiencia luminosa se vuelven más complejos para las lámparas que producen luz blanca o una mezcla de líneas espectrales. Las lámparas fluorescentes tienen una mayor eficiencia de tapón de pared que las lámparas de sodio de baja presión, pero solo tienen la mitad de la eficacia luminosa de ~ 100 lm / w, por lo que la eficiencia luminosa de los fluorescentes es menor que la de las lámparas de sodio. Un tubo de flash de xenón tiene una eficiencia típica de enchufe de pared de 50 a 70%, que excede la de la mayoría de las otras formas de iluminación. Debido a que el flashtube emite grandes cantidades de radiación infrarroja y ultravioleta, el ojo solo utiliza una parte de la energía de salida. Por lo tanto, la eficacia luminosa suele ser de alrededor de 50 lm / w. Sin embargo, no todas las aplicaciones de iluminación involucran el ojo humano ni están restringidas a longitudes de onda visibles. Para el bombeo con láser, la eficacia no está relacionada con el ojo humano, por lo que no se denomina eficacia «luminosa», sino simplemente «eficacia» en lo que se refiere a las líneas de absorción del medio láser. Los tubos de flash de criptón a menudo se eligen para bombear láseres Nd: YAG, aunque su eficiencia de enchufe de pared generalmente es solo del 40%. Las líneas espectrales de Krypton coinciden mejor con las líneas de absorción del cristal dopado con neodimio, por lo que la eficacia del criptón para este propósito es mucho mayor que el xenón; capaz de producir hasta dos veces la salida del láser para la misma entrada eléctrica. Todos estos términos se refieren a la cantidad de energía y lúmenes a medida que salen de la fuente de luz, sin tener en cuenta cualquier pérdida que pueda ocurrir dentro del dispositivo de iluminación o la óptica de salida posterior. La eficiencia de la luminaria se refiere a la salida total de lúmenes del accesorio por la salida de la lámpara.

Con la excepción de algunas fuentes de luz, como las bombillas incandescentes, la mayoría de las fuentes de luz tienen múltiples etapas de conversión de energía entre el «enchufe de pared» (punto de entrada eléctrica, que puede incluir baterías, cableado directo u otras fuentes) y la fuente final. Salida de luz, con cada etapa produciendo una pérdida. Las lámparas de sodio de baja presión inicialmente convierten la energía eléctrica utilizando un balasto eléctrico, para mantener la corriente y el voltaje adecuados, pero se pierde algo de energía en el balasto. Del mismo modo, las lámparas fluorescentes también convierten la electricidad mediante un balasto (eficiencia electrónica). La electricidad se convierte en energía lumínica mediante el arco eléctrico (eficiencia del electrodo y eficiencia de descarga). Luego, la luz se transfiere a un recubrimiento fluorescente que solo absorbe las longitudes de onda adecuadas, con algunas pérdidas de esas longitudes de onda debido a la reflexión y la transmisión a través del recubrimiento (eficiencia de transferencia). El número de fotones absorbidos por el recubrimiento no coincidirá con el número que se volverá a emitir como fluorescencia (eficiencia cuántica). Finalmente, debido al fenómeno del cambio de Stokes, los fotones reemitidos tendrán una longitud de onda más corta (por lo tanto, menor energía) que los fotones absorbidos (eficiencia de fluorescencia). De manera muy similar, los láseres también experimentan muchas etapas de conversión entre el enchufe de pared y la abertura de salida. Por lo tanto, los términos «eficiencia de enchufe de pared» o «eficiencia de conversión de energía» se usan para denotar la eficiencia general del dispositivo de conversión de energía, deduciendo las pérdidas de cada etapa, aunque esto puede excluir los componentes externos necesarios para operar algunos dispositivos, como Bombas de refrigerante.

Ejemplo de eficiencia de conversión de energía.

Proceso de conversión	Tipo de conversión	Eficiencia energética
Generación eléctrica
Turbina de gas	Químico a eléctrico	hasta 40%
Turbina de gas más turbina de vapor (ciclo combinado)	Químico / térmico a eléctrico	Hasta 60%
Turbina de agua	Gravitacional a eléctrico.	Hasta el 90% (prácticamente logrado).
Turbina eólica	Cinético a eléctrico	Hasta el 59% (límite teórico).
Célula solar	Radiativo a eléctrico.	6–40% (dependiente de la tecnología, 15-20% más a menudo, 85–90% de límite teórico)
Pila de combustible	Químico a eléctrico	hasta el 85%
Generación mundial de electricidad 2008	Producción bruta del 39%	Producción neta 33%
Almacenamiento de electricidad
Batería de iones de litio	Químico a eléctrico / reversible	80–90%
Batería de hidruro de níquel-metal.	Químico a eléctrico / reversible	66%
Batería de ácido sólido	Químico a eléctrico / reversible	50–95%
Motor / motor
Motor de combustión	Químico a cinético	10–50%
Motor eléctrico	Eléctrico a cinético	70–99,99% (> 200 W); 50–90% (10–200 W); 30–60% (<10 W)
Turbofan	Químico a cinético	20-40%
Proceso natural
Fotosíntesis	Radiativo a química	hasta 6%
Músculo	Químico a cinético	14–27%
Aparato
Refrigerador del hogar	Eléctrico a térmico	sistemas de gama baja ~ 20%; sistemas de alta gama ~ 40–50%
Bombilla incandescente	Eléctrico a radiativo	0.7–5.1%, 5–10%
Diodo emisor de luz (LED)	Eléctrico a radiativo	4.2–53%
Lámpara fluorescente	Eléctrico a radiativo	8.0–15.6%, 28%
Lámpara de sodio de baja presión	Eléctrico a radiativo	15.0–29.0%, 40.5%
Lámpara de halogenuros metálicos	Eléctrico a radiativo	9.5–17.0%, 24%
Fuente de alimentación conmutada	Eléctrico a eléctrico	Actualmente hasta el 96% en la práctica.
Ducha electrica	Eléctrico a térmico	90–95% (se multiplica por la eficiencia energética de la generación de electricidad para compararla con otros sistemas de calentamiento de agua)
Calentador eléctrico	Eléctrico a térmico	~ 100% (esencialmente toda la energía se convierte en calor, se multiplica por la eficiencia energética de la generación de electricidad para compararla con otros sistemas de calefacción)
Otros
Arma de fuego	Químico a cinético	~ 30% (.300 municiones Hawk)
Electrolisis del agua	Eléctrico a químico	50–70% (80–94% máximo teórico)