H ØGSKOLEN I BERGEN Avdeli ng for inge niørutdanning Seksjon for Maskin

Transkript

1 H ØGSKOLEN I BERGEN Avdeli ng for inge niørutdanning Seksjon for Maskin EKSAMEN I: KLASSE TOM033 TEKNISK VARMELÆRE I Ord. (06HETK 06HMMT 06HMAM 06HMPR) DATO ; Onsdag 28. november 2007 ANTALL OPPGAVER: 4 ANTALL SIDER : 6 ( INKL. FORSIDE) HJELPEMIDLER: Lærebok: Cengel/Boles: Thermodynamics. An Eng ineering Approach. Notater utarbeidet av faglærer i form av powerpoint presentasjoner. Tekniske tabe ller. Lommekalkulator skrive- og tegnesaker Ingen håndskrevne notater eller løste oppgaver. TID: 4 klokketimer (kl ) MALFORM; FAGLÆRER Bokmål Nils Antonsen VEDLEGG: Ingen Postboks Bergen. Tlf Fax Besøksadr.: Nygår dsgt Bergen

2 EKSAMEN TEKN ISK VARM EL-ERE I toven 18. NOVEMBI:R 1007 SIDE 2 Tips! Les gjennom alle oppgavene for du begynner. Oppgavene teller ulikt (10120/35135 o). Innenfor hver oppgave teller delsvarene likt. Skriv pent og rddig! Oppgave l (teller 10%) En oppfinner hevd er å ha laget en luft til luft varmepumpe som kan holde huset ditt på 25 C når det er _10 C ute med en COP på 95. Hores dette ut til å være noe å satse på? Begrunn svaret ditt. Oppgave 2 (teller 20 % ). En adiabatisk dampturbin mottar damp med trykke t l MPa og tem peratu r 300 C. Trykket ut av turbinen er 15 KPa. Man måler det spesifikke arbeidet på akslingen til 600 kj/kg. a) Lag en skisse av prosessen i et h-s diagram. b) Hva er turb inens isentropiske virkningsgrad? Oppgave 3 (teller 35 % ). Fru Hansen er blitt svært så energibevisst og har byttet ut den gam le dusjen med en sparedusj. Den nye dusjen gir 9 liter/mi nutt med vann av 39 C mens den gam le gav 20 liter/minutt med samme temperatur. Fami lien Hansen har en vanlig varmtvannsbereder som vanner det kalde inntaksvannet opp fra 5 c til 65 C og sender det til dusjen hvor det blir blandet ned til 39 e. I denne oppgaven kan du regne spesifikk varmekapasitet for vann konstant lik Cp = 418 kjlkgk. Tetthet for vann er 1000 kg/m'. I kwh = 3600 kj. a) Hvor mye sparer familien Hansen pr. år med den nye dusjen når vi antar at de dusjer 400 ganger i løpet av et år og hver dusj i gjennomsnitt vare r 10 minutter? Energiprisen settes til 80 øre pr. kwh. Hr. Hansen liker å ta et karbad en gang i blant. Han fyller da opp badekaret med 180 liter vann av 39 C. Fru Hansen mener det er rimeligere å ta en dusj mens hr. Hansen er uenig. Han slipper neml ig ikke ut vannet av badekaret for det har oppstått term isk likevekt med romluften som er 24 C og sparer dermed energi til romoppvarmingen. Når fru Hansen dusjer så forlater dusjvannet rommet gjennom sluket med temperaturen 35 C. b) Vis ved regnestykker hvem som har rett med disse forutsetninger? Hva er dyrets; karbad eller dusj?

3 EKSAMEN TEKNISK VARMELÆRE I TOM NOVEMBER 2007 SIDE 3 c) Fru Hansen sysler med tanken om en varmeveksler i motstrøm som varmeveksler avløpsvannet fra dusjen med det kalde inntaksvannet. Det bør være mulig å senke temperaturen på avløpsvannet fra 35 grader til 15 grader og til svarende forvarme inntaksvannet fra 5 til 20 grader. Beregn LMTD for en slik varmeveksler. d) Hvor stor effekt (kw) måtte en slik varmeveksler ha dersom du legger data for avløpsvannet til grunn for dimensjoneringen? e) Etter en du sj er rom temperaturen 25 C. Luftens absolutte fukti ghet er 14 gram vann /kg tørr luft. Overflatetemperaturen på baderomsspe ilet er 23 C. Vil speilet dugge? Begrunn svaret ditt. Totaltrykk et kan settes til I atm. Oppgave 4 (teller 35% ). Vi har et sylinderlstempelarrangement som vist på skissen. Stemplet og sylinderen er i stål og har total masse 10 kg. Innretningen inneholder 2 kg overhetet damp med trykk 1000 kpa og temperatur 250 GC. Sylinderen har to stoppere som gjor at det minste volum man kan få under stemplet er 0.2 m'. Hele innretningen avkjøles ved at termisk energi avgis til omgivelsene som hele tiden har temperaturen 25 C. Det hele kjøle s ned til 40 C. Damp og stål følge s temperaturmessig. Spesifikk varmekapasitet for stål kan regnes kon stant lik 0.5 kjlkg K. II I I II p c: a) Beregn arbeidet som er utført i pro sessen. b) Beregn den totale varmeoverføringen til omgivelsene. c) Beregn generert ent ropi i prosessen. d) Tegn prosessen inn i et P-V diagram Hill november 2007 Nils - O. Antonsen Lykke til!

4 EKSA EN TEKNISK VARMELÆRE I TOM NOVEMBER 2007 SIDE 4 Tabell 1 7. D e m est '\:lfililo.c likninger ve d t il s t all JsfManJ rin e r P los t M Po l l rop. \ di b a l is up I OOOlam '...r Dtfinijon p. V... konst. l{) ;o O) S _ koml. T _ konst. r _ ko...r. \ limtnne tiknin e er (Tp V) p. v _.. R T p ' v _ k<>nsl. T I.. T I - konsl. P l ' r i - p V VI Lorat. f l fr..- T. P. PI :. k<hlt. Tl I 'l r n.poncnt i likn. P ' Y - konu SptSi' ikk varmc- ap..i!el '.. i l ikn. O -. (TI - T ll Ind re tnnl:i U l - lil - _ j Cr - dt H. - Il l - - A( V: - PI Yl ) Enlalp i Jl= - Jl j c p.rf_.. U - U + + A (p V. - p Y ) A rbeid Il' = f p. J J T e:...:.i.:.. arbcij. li - j V dp % -.t c.. - c I. % u - V I - l ': - l 'l - -_ ' r(1i- T I) -..(T:- T l) _ III - H l - - H - - H - - A (p V I - P I I) - A (PtF - I YI) li. - H I p ( T.- T ) U. - U... + A (PI 'I- PI V t ) pf' - p ' Il' I In ro 11 '. - SI T - ' c. ln T o o H. - Il ''' ' cp (T I - 1' 1 ) -- Ul -- U + + A (P. 1 _ Pir ) (IV - U' = P V _ % - 1. R (T 1 - T ) A n _ Je ' n _ Il - - Il - I ( ) O -- A R... V T l ln-_ r-... T (S. - S I } 1) (1 - l 'l = fj for idet Il IlU S ' ) H - H n fo t id et Il g a s Il' _ QIA.... '. RTI In J - V Pl l 1. In --='.. fo r ij ttll l:s Il':. li - QI.-l (J S : - S I - - = T R ln V. '. u - U -!J '.. c.. ( T I - TI) - H - lil ' ( - p ) /I.- li l (Tt - T )... U.- V l ' I ( p. -- p) li' _ U 11 _ (It - p:j SI - S I.. T In T '. I)C. -- l -I ( T t HI - H l - - Ap ( - - ' Il :) 1/.- H - O..(T. - T l ) ('. U Ap ( r! - l -Il 11 _ i l s: S I - T _... r. ln T I) OIl IJ Ved f ukull d amp..ilcr isolenn os: Iso bar ' '''''':ten Oi i U.. I J C.-UI - Q-A p (1' _ l.)... f1 -I1 I- P (1' - 1' ) ' l ll.-il l _ Q _ T(.s:-Sl MKS.\ : A. I ]i!'m; J IJl - lil1 :-.'on/ K Ttkn. : 1/427 kc llkpnl:.litt 8 HI Lp: K i...;;.:.-i _ 1/77 8 BTUlft lb :.lill = l S50 fr. Ib /d;r

5 EKSAMEN TEKNISK VARMEL-ERE I TOM NOVEMBER 2007 SIDE 5 ; - :y co '< e- c = l [ e s :!. w w e- < > 1. c :. I = ] f < '\ ;; -'j; (I Æ e - 1< ' '''''''''O.J '3-8 ț j l o' ' I '. --!'.. J.. 1 Humid<' y.. o 1M') l'''::mo; P' t.i.m dry '1[ 1''1 11 \1 \<11' \ \ \' \ :> 'O PC O ' :> o g:t! <; ; I< 1><.. Mi T. he \H \ \ \ ' \ - C C e O e

6 EKSAMEN TEKNISK VARMELÆRE I TOMOJJ 28. NOVEMBER 2007 SIDE 6 > / / / / / / / / -: / / / :; t: /./..9 / / 0 / t; / o' ;r / c - ; ' I