Chalmers, Kemi- och bioteknik & Energi och miljö 1 Laborations-PM Termodynamik (KVM091) lp 1 2014/2015 Omfattning: Fyra obligatoriska laborationer ingår i kursen: TD1: Jämvikt mellan ånga och vätska hos binära vätskeblandningar (rum 4173). TD2: En gasjämvikts temperaturberoende (rum 4143). TD3: Laboration med värmepump (samling i rum 1212). TD4: Laboration i energibalanser (samling i KS2). Observera att du skall ha gjort förberedande uppgifter innan laborationstillfällena! Se handledningarna och läsanvisningarna på s. 4. Gruppindelning: K-teknologerna laborerar i grupperna 1 8, medan Kfoch TM-teknologerna laborerar i grupperna 9 19. Observera att gruppernas storlek och antal kan komma att justeras. Du anmäler dig till önskad laborationsgrupp via kurshemsidan som hittas via studentportalen. Tiderna för en viss grupps laborationer framgår av laborationsschemat nedan. Om du vid något tillfälle behöver byta grupp skall de berörda handledarna (se nedan) först kontaktas. Reservtillfället: Observera att reservtillfället inte är ett extra laborationstillfälle som fritt kan utnyttjas. Om du missat en laboration skall du omgående kontakta den berörda handledaren och diskutera en lämplig lösning av problemet. Lokaler och starttider: Laborationerna TD1 och TD2 utförs på plan 4 i kurshuset. Inför laboration TD3 samlas laboranterna i biblioteket vid avdelningen för värmeteknik och maskinlära, plan 1 i forskarhus II. För laboration TD4 samlas laboranterna i sal KS2 (entréplanet i kemihuset). Det är viktigt att laborationerna kommer igång på avsedd tidpunkt. För sen ankomst kan innebära att du inte får laborera vid det aktuella tillfället. Redovisning: Laborationsresultaten skall redovisas enligt handledarens anvisningar. För att laborationerna skall godkännas måste redovisningarna vara inlämnade senast en vecka efter det att laborationen utfördes. Observera att alla laborationerna måste vara godkända senast en läsvecka efter tentamen. Den teknolog som inte redovisat i tid och inte meddelat skäl för detta kan tvingas göra om laborationen följande år.
Chalmers, Kemi- och bioteknik & Energi och miljö 2 Laborationsschema KVM091 lp 1 2014/2015 Program Dag Datum Tid TD1 TD2 TD3 TD4 Lokal 4173 4143 1212 1 KS2 Läsvecka 2 K On 10/9 13.15 17.00 1 2 3 4 Kf/TM To 11/9 13.15 17.00 9 10 11 12 Läsvecka 3 Kf/TM Må 15/9 08.00 11.45 13 14 15 16 Kf/TM Må 15/9 13.15 17.00 17 18 19 9 K On 17/9 13.15 17.00 5 6 7 8 Kf/TM To 18/9 13.15 17.00 10 11 12 13 Läsvecka 4 K Må 22/9 08.00 11.45 2 3 4 5 K On 24/9 13.15 17.00 6 7 8 1 Kf/TM To 25/9 13.15 17.00 14 15 16 17 Läsvecka 5 K Må 29/9 08.00 11.45 3 4 5 6 Kf/TM Må 29/9 13.15 17.00 18 19 9 10 K On 1/10 13.15 17.00 7 8 2 3 Kf/TM To 2/10 13.15 17.00 11 12 13 14 Läsvecka 6 Kf/TM Må 6/10 08.00 11.45 15 16 17 18 K On 8/10 13.15 17.00 4 5 1 7 Kf/TM To 9/10 13.15 17.00 19 9 10 11 Läsvecka 7 Kf/TM Må 13/10 08.00 11.45 12 13 14 15 K On 15/10 13.15 17.00 8 1 6 2 Kf/TM To 16/10 13.15 17.00 16 17 18 19 Läsvecka 8 K/Kf/TM Må 20/10 13.15 17.00 Reserv (se s. 1!) 1 Biblioteket, Värmeteknik och maskinlära, plan 1 forskarhus II.
Chalmers, Kemi- och bioteknik & Energi och miljö 3 Ansvariga handledare Lägg till @chalmers.se till e-postadresserna nedan. TD1: Lena Nyberg (rum 2053 2, tel. 772 3807, e-post: lnyberg) TD2: Mohammadreza Alizadehheidari 3 (rum 5023, tel. 772 3062, mohaliz) TD3: Lars-Erik Åmand 4 (rum 1213, tel. 772 1439, lars-erik.amand) TD4: Lars-Erik Åmand 4 (rum 1213, tel. 772 1439, lars-erik.amand) 2 Forskarhus I, plan 5, övergången mot fysikhuset. 3 Forskarhus I, plan 5. 4 Forskarhus II, plan 1 (Värmeteknik och maskinlära). Lycka till med laborerandet! 27 juni 2014 Nikola Marković Tel. 772 3114 Rum 5071, plan 5 i forskarhus I
Chalmers, Kemi- och bioteknik & Energi och miljö 4 En kort bakgrund till laborationerna TD1: Jämvikt mellan ånga och vätska hos binära vätskeblandningar. När en vätskeblandning kokas finner man vanligen att ångan får en annan sammansättning än vätskan. Denna skillnad utgör basen för destillation, vilken är en av de tekniskt viktigaste separationsmetoderna inom den kemiska industrin. Ett av syftena med laborationen är att ta fram kokpunktskurvor för ett tvåkomponentsystem. Sådana temperatur - sammansättningsdiagram visar hur kokpunkten varierar med vätskans sammansättningen och hur ångan är sammansatt vid motsvarande temperatur. Diagrammen används ofta som utgångspunkt vid analys av destillationsproblem. Från de experimentella resultaten skall dessutom aktivitetsfaktorerna för de två komponenterna i vätskeblandningen beräknas. Dessa är ett mått på hur mycket systemets beteende avviker från ett valt referenssystem. Med hjälp av aktivitetsfaktorerna och en lämplig aktivitetsfaktormodell kan man sedan beräkna det verkliga systemets egenskaper för godtycklig sammansättning. Förutom att detta är tekniskt viktigt så kan man från de erhållna resultaten dra slutsatser om hur de två molekylslagen växelverkar i vätskeblandningen vid olika sammansättningar. Elliott/Lira upplaga 1: s. 258 260, 285 287, 293 296, 357 358; upplaga 2: s. 333 334, 365 367, 419 424. TD2: En gasjämvikts temperaturberoende. Ett av målen med denna relativt okomplicerade laboration är att du själv skall få fundera ut hur man med enkla medel (en glaskolv, en vakuumpump, en våg och en termometer) kan bestämma jämviktskonstanten för en gasjämvikt. Genom att upprepa försöket vid olika temperaturer bestäms även de termodynamiska storheterna H och S för den aktuella reaktionen. För att lyckas med uppgiften krävs att du kan koppla experimentellt mätbara data till de sökta storheterna. Förutom att träna förmågan att utnyttja experimentella data för bestämning av termodynamiska storheter syftar laborationen till att fördjupa förståelsen av begreppet kemisk jämvikt och de termodynamiska storheternas betydelse. Det är mycket viktigt att du före laborationen noga studerar säkerhetsinformationen i laborationshandledningen. Elliott/Lira upplaga 1: s. 483 495; upplaga 2: s. 107 110, 636 641, 645 647.
Chalmers, Kemi- och bioteknik & Energi och miljö 5 TD3: Värmepump. I laborationen studeras värmepumpcykeln som är en viktig termodynamisk cykel. Denna studeras med hjälp av en kompressorvärmepump. För värmepumpen, som arbetar med ett oidealt medium som genomgår förångning och kondensation, skall experimentellt undersökas hur värmefaktorn beror av temperaturnivån för värmetillförseln (i förångaren). Det skall också undersökas hur den förhåller sig till värmefaktorn för en motsvarande Carnot-cykel. Du bör innan laborationen inhämta kunskaper om (referenser till kursboken upplaga 1/upplaga 2): termodynamiska cykler i allmänhet (Elliott/Lira kap 4/5) termodynamiska tillståndsdiagram (Elliott/Lira fig 1.4/1.4, Appendix E8/E10, E9/E11, E10/E12, kap 3.10/4.8, 3.11/4.9, fig 3.10/4.12, exempel 3.11/4.17, kap 4/5, fig 4.9/5.8) godhetstal/värmefaktor (COP) (Elliott/Lira kap 3.5/3.1, 3.6/3.1, 4/5, exempel 4.5/5.4) Carnotcykeln och dess parametrar (se tex Elliott/Lira kap 3.5/3.1, 3.6/3.1) ånga-vätska-jämvikter och mättningstillstånd (Elliott/Lira kap 8/9) termodynamikens 1:a huvudsats för slutna system och öppna system (speciellt tillämpningar) (Elliott/Lira kap 2.7 2.9/2.7 2.9) TD4: Energibalanser. Avsikten är att studera verkliga öppna system med medier i gas- och vätskefasområdet för att få en förståelse för hur energibalanser, dvs termodynamikens första huvudsats, kan utnyttjas som ett beräkningsverktyg. Avsikten är också att belysa skillnaden mellan en reversibel och irreversibel tillståndsändring, dvs termodynamikens andra huvudsats, samt skillnaden mellan kompression av en gas och en vätska. I laborationen skall den isentropiska verkningsgraden för två tryckhöjande maskiner, en pump och en fläkt, bestämmas. För fläkten skall även de mekaniska och elektriska förlusterna i motorn bestämmas, dvs den mekaniska och elektriska verkningsgraden beräknas. Dessutom skall vattnets respektive luftens temperaturändring i de båda maskinerna undersökas och eventuella skillnader förklaras. Elliott/Lira upplaga 1: kap 2.7 2.12, 3.3, 3.8; upplaga 2: kap 2.7 2.13, 4.3, 4.7.