I0N34a THERMODYNAMICA Oefenzitting 4 - bio-ingenieur - home

I0N34a Thermodynamica 2 de studiefase bio-ingenieurswetenschappen
Oefening 1
Oefening 2
I0N34a THERMODYNAMICA
Oefenzitting 4: Machines II
Oplossingen
a) Condensatievat = Low-temperature heat exchanger
Verzadigde vloeistof bij T1 =320K
diagram isobutaan : P1 =0,65 MPa en H1 275 kJ / kg
b) Turbine = adiabatisch/isentroop
Isobutaan dat turbine binnengaat :
T 480 K
3
P 10
MPa
3
H 780 kJ / kg
3
3
S 2,26 kJ / kgK
Isobutaan dat turbine verlaat :
Oefenzitting 4 - Oplossingen 1/4

I0N34a Thermodynamica 2 de studiefase bio-ingenieurswetenschappen
P 0,65 MPa
4
T 360 K
4
S 4 2, 26 kJ / kgK
H 4 660 kJ / kg
c) Energiebalans – steady state
dU
dt
0 W M in(
H 4 H 3)
W
T
43
H H 780 660 120 kJ / kg
M in
3MW 3000kW 3000
kJ / s
3000 kJ / s
isobutaan M 25 kg / s
120 kJ / kg
e) Compressor : Q=0 (adiabatische omkeerbare compressie)
W
H 2H1 (290 275) kJ / kg 15
kJ / kg
M
in
W (15 kJ / kg)*(25 kg / s) 375
kJ / s
P
Turbine : adiabatische omkeerbare expansie : -WT/Min =120 kJ/kg
Condensatievat : isobare warmteafgifte
Q
M
C
in
Boiler :
Q
M
B
in
H 1H4 (275 660) kJ / kg 385
kJ / kg
H 3H2 (780 290) kJ / kg 490 kJ / kg
Q 490 kJ / kg *25 kg / s 12,3
MJ / s
B
f) Efficiëntie :
netto arbeid uit 3000 375
kJ / s
0,213 of 21,3%
warmte in boiler 12,3*1000 kJ / s
Oefenzitting 4 - Oplossingen 2/4

I0N34a Thermodynamica 2 de studiefase bio-ingenieurswetenschappen
Oefening 4
a)
1→2:
boiler
2 3
1
V1 = 1,917 10 -3 m 3
P1 = 10 5 Pa
T1=300K
condensatievat
V2 =V1/18= 1,065 10 -4 m 3
P2 =P1V1 γ V2 -γ =5,72 10 6 Pa
W = (P1 V1 γ ( 1
) ( 1
)
V
2 V1
)
1
1
PV 2 2
T2 = T1
PV 1 1
2→3:
= 953 K
V3 = 2V2=2,13 10 -4 m 3
P3 =P2= 5,72 10 6 Pa
W =- P ∆V = - 609,2 J
PV 3 3
T3 = T2
= 1906 K
PV
3→4:
2 2
V4 = V1 = 1,917 10 -3 m 3
4
= 1044 J
Oefenzitting 4 - Oplossingen 3/4

I0N34a Thermodynamica 2 de studiefase bio-ingenieurswetenschappen
P4 = P3V3 γ V4 -γ = 2,64 10 5 Pa
W = -1781 J
T4 = 792 K
4→1: geen arbeid
Netto arbeid: + 1044 – 609,2 – 1781 = -1346 J in één cyclus.
Warmte opname in stap 2→3:
Q nC T =2123 J (T stijgt van 953 naar 1906 K)
p
Warmte-afgifte in stap 4→1:
Q nC T = - 782 J
v
b)
S2 – S1 = Cp ln (T2/T1) – R ln (P2/P1) = 0
S3 – S2 = Cp ln (T3/T2) – R ln (P3/P2) = + 20 J/(mol . K)
S4 – S3 = 0
S1 – S4 = Cp ln (T1/T4) – R ln (P1/P4) = - 20 J/(mol . K)
Oefenzitting 4 - Oplossingen 4/4