ENERGITEKNIK II Provmoment: Ladokkod: Tentamen ges för: Tentamen 41N05B En2 7,5 högskolepoäng TentamensKod: Tentamensdatum: Måndagen 23 oktober 2017 Tid: 9.00-13.00 Hjälpmedel: Valfri miräknare, Formelsamlg: Energiteknik-Formler och tabeller(s O Elovsson och H Alvarez, Studentlitteratur) Totalt antal poäng på tentamen: 100p För att få respektive betyg krävs: Betyg 3: 50p, betyg 4: 67p och betyg 5: 85p Allmänna anvisngar: Läs noga igenom frågorna och följ anvisngarna i uppgifterna. Var noga med att redovisa arbetsgången vid beräkngar och problem samt motivera eventuella antaganden/tabellvärden. Om du använder diagrammet för att hitta ett värde, måste du visa alla punkter och ljer i diagrammet och bifoga det tentamen. OBS! Börja besvara varje fråga på ny sidan. Rättngstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, detta kommer upp 5 arbetsdagar för admistration. Viktigt! Glöm te att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar. Lycka! Ansvarig lärare: Telefonnummer:
1) Ångkraftanläggng (43p) En kondenskraftanläggng med processchemat nedan har följande processdata: Ångans stånd nan högtrycksturben är 80 bar och 480 C. Delflöde av ånga leds en matarvattenförvärmare som på engelska heter: open feedwater heater. Detta delflöde av ånga har ångtrycket 7 bar. Trycket i kondensorn är 0,08 bar. Nettoeleffekt (P n ) är 100 MW. Specifik entalpi vid stånd 2 är 174 kj/kg Specifik entalpi vid stånd 4 är 697 kj/kg Både hög- och lågtrycks turber har en isentropisk verkngsgrad på 0,85 och η m.η e.η g =0,92 a) Rita processen i bifogade T-s diagram. (5p) b) Hitta alla entalpier som behövs för att analysera processen. (8p) c) Beräkna ångans delflöde open feedwater heater, dvs efter högtrycksturben. (5p) d) Beräkna det totala re arbetet för turberna per kg ånga. (5p) e) Beräkna massflöde av ånga vid loppet högtrycksturben. (4p) f) Beräkna den totala effektförbrukngen för pumparna. (4p) g) Beräkna den teoretiska termiska verkngsgraden. (4p) h) Beräkna den totala verkngsgraden om pannverkngsgrad är 0,75. (8p) 2
2) Gasturbprocessen (17p) En enkel gasturbanläggng enligt figuren med följande formation: (för luft c p =1,005 och c v =0,718 kj/kg K, κ=1,4 och R=0,287 kj/kg K) P 1 = 1 bar, T 1 =300K, P 2 =7 bar, T 4 =700K Isentropisk verkngsgrad för turb och kompressorn är η st = η sk = 0,85 Om anläggngen arbetar med maximal effekt på brännaren i brännkammaren: Vad blir med detta driftfall: a) Temperaturen efter kompressorn, dvs vid ståndet 2. (3p) b) Temperaturen efter brännkammaren, dvs vid ståndet 3. (7p) c) Anläggngs teoretiska arbete per kg luft. (5p) d) Den termiska verkngsgraden. (2p) 3
3) Förbränngsmotor (20p) Kompressionsförhållandet ( VV 1 VV 2 ) för en ideal diselmotor enligt figuren nedan är 16. Begynnelseståndet för luften som sugs i motorn är p 1 =1 bar och t 1 =27 C. Värmebortförs per kg luft är 300 kj/kg. (för luft c p =1,005 och c v =0,718 kj/kg K, κ=1,4 och R=0,287 kj/kg K). Beräkna: a) Högsta temperaturen i den termodynamiska processen. (10p) b) Den teoretiska termiska verkngsgraden den termodynamiska processen. (10p) 4) Värmepumpanläggng (20p) En värmepumpanläggng (VPA) arbetar med R290 som köldmedium och har kondensergstrycket 10 bar och förångngstrycket 2 bar. Underkylng sker 10 C. Isentropisk verkngsgrad för kompressorns är 0,85. Den värme som produceras från anläggngen används för att värma vatten med massflöde 15 kg/s från 8 C 18 C. (för vatten c p =4,18 kj/kg K) a) Rita processen i bifogat P-i diagram för ammoniak. (5p) b) Beräkna massflödet av köldmedium. (5p) c) Beräkna kompressorns förbrukngseffekt när den mekaniska verkngsgraden för kompressorn är 0,80. (4p) d) Beräkna värmefaktorn för VPA:n. (3p) e) Beräkna Carnot värmefaktorn för VPA:n. (3p) 4
Kompressorer Termodynamikens första huvudsats för öppna system 2 Polytropprocess Tekniskt arbete för polytropprocess 1 Värme för polytropprocess 1 1 1 OBS! alla formler i polytrop process gäller för isentrop process med n Vid okyld kompression Vid kyld kompression Verkngsgrad Isentrop Isoterm Mekanisk Total ==== steget. z= antal steg, är tryck efter sista steget, är tryck före första
Kylmask Köldmediets köldfaktor: ö = Värmepump Köldmediets värmefaktor:. = öå öå ŋ = ŋ ŋ Ö ŋ ŋ = drivmotornsverkngsgrad ŋ = total verkngsgrad för kompressor =. ŋ ŋ ö kraftöverförngens verkngsgrad öå. 1
Turb Ångkraftscykel Kondensor P (re arbete för turb) bortf = = (Δi) kondensor Ångpanna f = =(Δi) ångpanna Total verkngsgrad η tot = Pump v 1 * (p 2 p 1 ) w p(isentrop) =(Δi) pump Kondenskraftanläggngar Teoretiska termiska verkngsgrad η tt = å η tot = η tt * η s * η p * η m * η g * η r * η e = Nettoeleffekt, P n = η η η Turbens isentropiska verkngsgrad Pannverkngsgrad η s = η p = å Turbens mekaniska verkngsgrad η m = = Effekt vid turbaxel Elgeneratorverkngsgrad η g = = brutto eleffekt vid generatorklämmorna Rörledngsverkngsgrad Egenförbrukngsfaktor η r = å Anläggngens totala verkngsgrad η tot = η e = - = Hjälpmaskerites effektförbrukng Mottrycksanläggngar
Gasturb w = Δ turb i turb w = Δ kompressor i kompressor = Δ i brännkammare = Δ bort i värmebortförs Δi = cp ΔT Termiska verkngsgraden η = t w net = ut = bort Förbränngsmotor Isokor process: Isobar process: = cv ΔT = cp ΔT Termiska verkngsgraden Ottomotor η V V 1 2 1 t = 1 κ 1 η = t w net = Dieselmotor ut = V 3 1 V2 η t = 1 κ 1 V 1 V3 κ V2 V2 κ bort 1 Slag volym: V s = S. πd 2 /4 Effektiva medeltrycket Indikerande effekten Luft per kg bränsle = H l v i