Side 1 av 2/nyn. MIDTSEMESTEREKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Fredag 20. februar 2013 Tid:

Transkript

1 Side 1 av 2/nyn. NOREGS TEKNISK-NATURVITSKAPLEGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg MIDTSEMESTEREKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Fredag 20. februar 2013 Tid: Førebels resultat er pårekna klart etter 12 veker. Endeleg resultat vil vere del av sluttsensur i juni. Oppgåvene nst også på bokmål og engelsk. / This exam is also available in English. Tillatne hjelpemiddel: D Ingen trykte eller handskrivne hjelpemiddel. Bestemt, enkel kalkulator. Bruk helst ikkje raud blyant/penn, det er halde av for sensuren. Les gjennom oppgåvene først. Start med den oppgåva du meiner du har best innsikt i. Dersom det er råd, lat ikkje noko oppgåve vere heilt blank. Skriv klart, det løner seg! Desimalteikn her er komma, bortsett frå i vedlegget som følgjer amerikansk praksis. Nokre opplysningar står til slutt, etter den siste oppgåva. Oppgåver: 1) Metan er ytande ved metningstilstanden (112 K, 1 bar). Finn det minste arbeidet (per kg) som skal til for å kjøle ned ein jamn straum av metan frå same trykk og temperatur som i omgjevnadene (15 C, 1 bar) til metta væske (112 K, 1 bar). Fordampingsentalpien ved 112 K er h fg = 510 kj/kg. For gassfasen er spesikk varmekapasitet c p = 2,1 kj/(kg K) (konstant for heile temperaturområdet). 2) Som del av ein (større) analyse av luftfukting skal vi bruke damptabellen (vedlagd) og nne følgjande: Entropiendringa frå vatn ved 1 bar og 30 C (tilstand w1) til damp ved 20 C og partialtrykk 0,015 bar (tilstand v2). Entropiendringa frå damp i fuktig luft med 30 C og 30 % relativ fukt (tilstand v1) til damp ved tilstand v2 (som ovanfor).

2 Side 2 av 2/nyn. 3) Eit lukka kammer inneheld ei støkiometrisk blanding av propan og luft. Volumet er 4 liter (4 dm 3 ), temperaturen 20 C og trykket er 1 bar. Luft kan reknast som 21 % O 2 og 79 % N 2. For propan i kammeret: Finn molfraksjon, stomengd, masse, partialvolum og partialtrykk. 4) Ein fyrkjel for oppvarming vert fyrt med propan. Luft og brensel har temperatur 10 C, og røykgassen (eksosen) vert sleppt ut med temperatur 160 C. Luftmengda er 19 kg per kg propan. Alle straumane er jamne og har trykk 1 bar. Finn avgjeven varme per kg propan, når forbrenninga er fullstendig. Finn avgjeven varme per kg propan, når forbrenninga er ufullstendig og det er 0,10 kg CO pr kg propan i røykgassen. Spesikk varmekapasitet, røykgass: c p = 1,2 kj/(kg K) (konstant og lik utan og med CO) Opplysningar: Universell gasskonstant: R = 8,314 J/(mol K) Molmasser (kg/kmol), H 2 O: 18,02; C 3 H 8 : 44,09 Nedre brennverdi (kj/kg), propan: 46360; CO: s fg = h fg T dt På visse vilkår gjeld ds = c p T Rdp p Vedlegg: Tabell A2 (1. sida) Eigenskapar for metta vatn/damp

3 Side 1 av 2/bm. NORGES TEKNISK-NATURVITENSKAPELIGE UNIVERSITET INSTITUTT FOR ENERGI- OG PROSESSTEKNIKK Kontakt under eksamen: Ivar S. Ertesvåg MIDTSEMESTEREKSAMEN I FAG TEP4125 TERMODYNAMIKK 2 Fredag 20. februar 2015 Tid: Foreløpig resultat er påregnet klart etter 12 uker. Endelig resultat vil være del av sluttsensur i juni. Oppgavene nnes også på nynorsk og engelsk. / This exam is also available in English. Tillatte hjelpemiddel: D Ingen trykte eller handskrevne hjelpemiddel. Bestemt, enkel kalkulator. Bruk helst ikke rød blyant/penn, det er holdt av for sensuren. Les gjennom oppgavene først. Start med den oppgava du meiner du har best innsikt i. Dersom det er råd, la ingen oppgave være heilt blank. Skriv klart, det lønner seg! Desimaltegn her er komma, bortsett fra i vedlegget som følger amerikansk praksis. Noen opplysninger står til slutt, etter den siste oppgava. Oppgaver: 1) Metan er ytende ved metningstilstanden (112 K, 1 bar). Finn det minste arbeidet (per kg) som skal til for å kjøle ned en jamn strøm av metan fra samme trykk og temperatur som i omgivelsene (15 C, 1 bar) til metta væske (112 K, 1 bar). Fordampingsentalpien ved 112 K er h fg = 510 kj/kg. For gassfasen er spesikk varmekapasitet c p = 2,1 kj/(kg K) (konstant for heile temperaturområdet). 2) Som del av en (større) analyse av luftfukting skal vi bruke damptabellen (vedlagt) og nne følgende: Entropiendringa fra vatn ved 1 bar og 30 C (tilstand w1) til damp ved 20 C og partialtrykk 0,015 bar (tilstand v2). Entropiendringa fra damp i fuktig luft med 30 C og 30 % relativ fukt (tilstand v1) til damp ved tilstand v2 (som ovanfor).

4 Side 2 av 2/bm. 3) Et lukka kammer inneholder ei støkiometrisk blanding av propan og luft. Volumet er 4 liter (4 dm 3 ), temperaturen 20 C og trykket er 1 bar. Luft kan regnes som 21 % O 2 og 79 % N 2. For propan i kammeret: Finn molfraksjon, stomengde, masse, partialvolum og partialtrykk. 4) En fyrkjel for oppvarming blir fyrt med propan. Luft og brensel har temperatur 10 C, og røykgassen (eksosen) blir sluppet ut med temperatur 160 C. Luftmengden er 19 kg per kg propan. Alle strømmene er jamne og har trykk 1 bar. Finn avgitt varme per kg propan, når forbrenninga er fullstendig. Finn avgitt varme per kg propan, når forbrenninga er ufullstendig og det er 0,10 kg CO pr kg propan i røykgassen. Spesikk varmekapasitet, røykgass: c p = 1,2 kj/(kg K) (konstant og lik uten og med CO) Opplysninger: Universell gasskonstant: R = 8,314 J/(mol K) Molmasser (kg/kmol), H 2 O: 18,02; C 3 H 8 : 44,09 Nedre brennverdi (kj/kg), propan: 46360; CO: s fg = h fg T dt På visse vilkår gjelder ds = c p T Rdp p Vedlegg: Tabell A2 (1. sida) Egenskaper for metta vatn/damp

5 7245f_app_ /17/06 23:45 Page Tables in SI Units H 2 O TABLE A-2 Properties of Saturated Water (Liquid Vapor): Temperature Table Specific Volume Internal Energy Enthalpy Entropy m 3 /kg kj/kg kj/kg kj/kg # K Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Sat. Temp. Press. Liquid Vapor Liquid Vapor Liquid Evap. Vapor Liquid Vapor Temp. C bar v f 10 3 v g u f u g h f h fg h g s f s g C