ENERGIPROCESSER, 15 Hp

Transkript

1 UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Mohsen Soleimani-Mohseni Robert Eklund Umeå 10/ ENERGIPROCESSER, 15 Hp Tid: den 10/ Hjälpmedel: Alvarez Energiteknik del 1 och 2, formelsamling av typ Data och Diagram, TEFYMA, MaFyKe, Hydraulik eller liknande, Kursens formelsamling, i-s diagram (A3) samt miniräknare. Egna anteckningar, dock INGA lösta exempel! Definiera använda beteckningar, sätt ut enheter, ange och motivera antaganden. Lösningarna skall redovisas så strukturerat att en bedömning kan tillåtas. Dåligt strukturerade lösningar medför poängavdrag. Du får göra nödvändiga (ingenjörsmässiga) antaganden och approximationer, men du måste motivera dem! Redovisa endast en uppgift per inlämningsblad! Preliminära gränser: 12 betyg 3 < betyg < betyg 5 25

2 1) MSM, 4 p En äldre kallvattenledning av stål med 50 mm innerdiameter mellan två hus är 230 m lång. Längs ledningen finns det 3st 90-graders krökar med vardera ξ=0,25, och en 90- graders krök ξ =0,5 samt en kägelventil i öppet läge med ξ =5. Hus B ligger 2 m högre än hus A. På ledningen i hus B sitter en manometer som visar 2,5 barö. Vattenflödet är konstant 7200 liter/timme. Vilket ledningstryck är det i hus A? B A 2 m 2) MSM, 3 p En centrifugalpump lämnar 70 l/s vatten vid en uppfordringshöjd av 22 m. Motorn är direktkopplad och gör 960 r/min. Hur stor blir vattenmängden och uppfordringshöjden, om varvtalet ökas till 1250 r/min? Hur stor är motoreffekten vid de olika tillfällena, om pumpens verkningsgrad i båda fallen sätts till 0,6. 3) MSM, 4 p En fläkt enligt bifogat diagram ger 3 m 3 /s av en temperatur på 150 C. Under drift har man mätt upp tryckökningen i fläkten till 760 Pa. a) Med vilket varvtal kördes fläkten? b) Hur stort är effektbehovet om temperaturen stiger till 250 C? (vid drift med oförändrat varvtal) 4) MSM, 4 p Beräkna temperaturen (T 1 ) i gränsen mellan mineralull och betong samt temperaturen (T 2 ) mitt i mineralullen vid förutsättningar enligt figur.

3 5) RE, 3 p En värmeväxlare tillförs 10 kg/s av mättad (torr) ånga av 120 C. I värmeväxlaren kondenserar ångan till mättad (kokvarm) vätska, och den avgivna värmen tas upp av trycksatt vatten som höjer sin temperatur från 65 till 105 C. Leverantörens uppgifter är att värmeväxlarens värmeyta är 600 m 2. a) Beräkna utifrån detta vilket värmegenomgångstal (k-värde) värmeväxlaren har i enheten W/(m 2. C). b). Beräkna vilket flöde av vatten som blir uppvärmt i värmeväxlaren? c). Om inkommande vatten med samma flöde skulle vara kallare än 65 C, vilket av följande påståenden stämmer - En större värmeeffekt (Q) kommer att överföras till kylvattnet. - Kylvattnet lämnar värmeväxlaren med en temperatur högre än 105 C - Förlusterna i värmeväxlaren ökar - Medeltemperaturdifferensen kommer att minska 6) RE, 3 p Värmeväxlaren ovan är kondensor i ett kraftvärmeverk. Kondensatet som håller 120 C trycksätts till 100 bar i en s.k. matarvattenpump. Dock får du i denna uppgift betrakta temperaturhöjningen i pumpen försumbar. Matarvattnet förångas och överhettas i pannan så att ångan som tillförs efterföljande turbin håller 100 bar och 480 C. Ångan expanderar i turbinen till 120 C mättad ånga (dvs. ånghalt = 1.0). Turbinen är kopplad till en generator som alstrar växelström. Förlusterna i överföring från turbinen till generatorn tillsammans med förluster i generatorn uppgår totalt till 10 %. a) Beräkna anläggningens eleffekt (MW) b) Beräkna turbinens isentropa verkningsgrad. c) Beräkna bränsleflödet om pannverkningsgraden är 85 % och bränslets effektiva värmevärde är 20 MJ/kg. 7) RE, 4 p En värmepump arbetar (Gud förbjuder) med R12. I förångaren tas totalt 3.3 kw värme upp vid trycket 1 bar. I kondensorn avges 4.5 kw värme vid trycket 8 bar. Freonet som lämnar förångaren är mättad ånga, och efter kondensorn är freonet som mättad vätska. Beräkna: a) Temperaturen då freonet kokar resp. kondenserar (decimaler krävs ej!) b) Kompressorns effekt (kw), jämte värmepumpens värmefaktor c) Vilket massflöde R12 som cirkulerar i systemet d) Värmepumpen körs i snitt motsvarande 4 timmar på full effekt per dygn. Med ett elpris på 1 kr/kwh vad blir besparingen i kronor över ett år jämfört med direktverkande el? Du får försumma kompressorns mekaniska verkningsgrad.

4

5 Lösningar till omtentamen ) Hastigheten i röret, c = V/A = [(7,2/3600) x 4] / π x 0,05 2 =1,018 m/s λ = 0,029 enlig graf Krökar R=150 => ζ =3 x 0,25 = 0,75 Krök R=50 => ζ =0,5 Kägelventil => ζ =5 Σζ = 6,25 Sätt h1 = 0, och hastigheterna c1 = c2 ger [(p1 p2) / ρ g] = h2 + hf12 hf12 = (v 2 /2g)[(L λ/d) + Σζ] = (1,018 2 /2g)[(230 x 0,029/0,05) + 6,25] = 7,37 m [(p1 p2) / ρ g] = 2 + 7,37 = 9,37 m 9,37 mvp = 9,37 x 1000 x 9,81 = 92265,9 Pa = Δp p1 = Δp + p2 = 92265,9 + 2,5 x 10 5 = ,9 Pa p1 = 3,42 bar. 2)

6 3) Bifoga diagram 6.8 Densitet för 150-gradig luft, Atmosfärstryck antas råda i inloppet, p=p 0 T p ,2 0,83 kg/ m T p0 423 Den totaltrycksökning som vi ska gå in i diagrammet med är 1,2 1,2 ptdiagram pt Pa 0, För totaltrycksökningen 1100Pa och flödet 3 m 3 /s får vi ett varvtal på 1400 rpm och effektbehovet 4,1 kw. Densiteten för 250-gradig luft blir 0,67 kg/m3 (analogt med a) Effektbehovet vid 250-gradig luft blir då 0,67 P Pdiagram 4,1 2, 3 kw ,2 1,2

7 4)

8

9

10