Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 2

Like dokumenter
Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 4

TALM1008 Fysikk og Kjemi Løsning kjemidel eksamen 19/5-14

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 8

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 1

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 5

TALM1008 Fysikk og Kjemi Løsning kjemidel kont august 2013

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 3

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 6

TALM1008 Fysikk og Kjemi Løsning kjemidel eksamen mai 2013

Studie av overføring av kjemisk energi til elektrisk energi og omvendt. Vi snakker om redoks reaksjoner

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsning Prøve 7

Kjemi og miljø. Elektrokjemi Dette kompendiet dekker følgende kapittel i Rystad & Lauritzen: 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 og 10.5

EKSAMENSOPPGAVE. Fag: Generell og uorganisk kjemi. Faglig veileder: Kirsten Aarset Eksamenstid, fra - til: LO 400 K.

FLERVALGSOPPGAVER REDOKS-/ELEKTORKJEMI

3. Balansering av redoksreaksjoner (halvreaksjons metoden)

Elektrokjemi: Studie av overføring av kjemisk energi til elektrisk energi og omvendt.

Fasit oppdatert 10/9-03. Se opp for skrivefeil. Denne fasiten er ny!

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Oppgave 1 (35 poeng) 1. uttak til den 38. Kjemiolympiaden, Fasit og poengberegning. 1) D 2) B 3) A 4) A 5) D 6) C 7) D 8) C

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

8. Ulike typer korrosjonsvern. Kapittel 10 Elektrokjemi. 1. Repetisjon av noen viktige begreper. 2. Elektrolytiske celler

KJ1000 Generell kjemi

1. Oppgaver til atomteori.

FLERVALGSOPPGAVER STØKIOMETRI

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet løsningsforslag

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Trondheim Institutt for kjemi. Bokmål Student nr.:

Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Trondheim Institutt for kjemi. Bokmål Student nr.:

Eksamen. Emnekode: KJEMI1/FAD110. Emnenavn: Kjemi 1. Dato: Tid (fra-til): Tillatte hjelpemidler: Kalkulator, KjemiData.

2. Kjemisk likevekt Vi har kjemisk likevekt når reaksjonen mot høgre og venstre går like fort i en reversibel reaksjon.

Kjemiske tegn Finn alle grunnstoffer med kjemisk tegn som begynner på a) A b) S 1.2

Innhold. Forord... 11

EKSAMENSOPPGAVE. Faglig veileder: Kirsten Aarset, Bente Hellum og Jan Stubergh Gruppe(r): 1-elektro, 1-maskin, 3-almen Dato: 17 desember 2001

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 6, HØST 2009

Løsningsforslag Øving 8

KANDIDATEN MÅ SELV KONTROLLERE AT OPPGAVESETTET ER FULLSTENDIG

3. Massevirkningsloven eller likevektsuttrykk for en likevekt

Finalerunde Kjemiolympiaden 2003 Blindern 4. april 2003 Kl

UNIVERSITETET I OSLO

Kap 4. Typer av kjemiske reaksjoner og løsningsstøkiometri

Kapittel 9 Syrer og baser

Universitetet i Oslo Det matematisk -naturvitenskapelige fakultet

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN AUGUST 2007

Figur s Figurer kapittel 9: Elektrokjemi. ytre krets. ioner. oksidasjon. reduksjon. indre krets

- Kinetisk og potensiell energi Kinetisk energi: Bevegelses energi. Kinetiske energi er avhengig av masse og fart. E kin = ½ mv 2

1. UTTAKSPRØVE. til den 44. Internasjonale Kjemiolympiaden i Washington DC, USA. Oppgaveheftet skal leveres inn sammen med svararket

KJ1042 Øving 3: Varme, arbeid og termodynamikkens første lov

EKSAMENSOPPGAVE. Kalkulator «Huskelapp» -A4 ark med skrift på begge sider Enkel norsk-engelsk/engelsk-norsk ordbok

Løsningsforslag Øving 10

2. Hva er formelen for den ioniske forbindelsen som dannes av kalsiumioner og nitrationer?

EKSAMEN TMT4110 og TMT4112 KJEMI

Fakultet for teknologi, kunst og design Teknologiske fag. Eksamen i: Fysikk for tretermin (FO911A)

Eksamensoppgave i TMT4110 Kjemi

EKSAMENSOPPGAVE I KJE-1001

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Repetisjonsoppgaver kapittel 5 løsningsforslag

Universitetet i Oslo Det matematisk -naturvitenskapelige fakultet

Side 1 av 14 LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I TMT4105 KJEMI. Fredag 28. mai 2004

Når vi snakker om likevektskonstanter for syrer og baser så er det alltid syren eller basen i reaksjon med vann

EKSAMEN TMT4112 KJEMI

Løsningsforslag Øving 2

EKSAMENSOPPGAVE. MNF-6002 Videreutdanning i naturfag for lærere, Naturfag trinn 2. Kalkulator Rom Stoff Tid: Fysikktabeller (utskrift)

Løsningsforslag til midtveiseksamen i FYS1001, 26/3 2019

Auditorieoppgave nr. 1 Svar 45 minutter

1. UTTAKSPRØVE. til den. 42. Internasjonale Kjemiolympiaden 2010 i Tokyo, Japan

Den 35. internasjonale Kjemiolympiade i Aten, juli uttaksprøve. Fasit.

EKSAMEN I TMT4105 KJEMI

a) Bruk en passende Gaussflate og bestem feltstyrken E i rommet mellom de 2 kuleskallene.

Syrer og baser. Et proton er et hydrogenatom som har mistet sitt eneste elektron. Det beskrives som H +, en positiv ladning.

Kapittel 4 Ulike kjemiske reaksjoner og støkiometri i løsninger

reduseres oksidasjon

Løsningsforslag til Øving 6 Høst 2016

KJEMIOLYMPIADEN UTTAKINGSPRØVE.

UNIVERSITETET I OSLO

Løsningsforslag til eksamen i FYS1000, 14/8 2015

Lewis struktur for H20 og CO2 er vist under. Begge har polare bindinger, men H20 er et polart molekyl mens CO2 er upolart. Forklar hvorfor.

FASIT til 2. UTTAKSPRØVE

1. UTTAKSPRØVE. Oppgavene besvares på svararket på side 2 og hele oppgaveheftet skal leveres inn.

Løsningsforslag Øving 7

Naturfag 2, Na210R510

Definisjoner Brønsted, En syre er et stoff som kan spalte av protoner En base er et stoff som kan ta opp protoner

Kap. 1 Fysiske størrelser og enheter

Fasit Kjemien stemmer Forkurs

Sammendrag, forelesning onsdag 17/ Likevektsbetingelser og massevirkningsloven

Fasit til finalerunde Kjemiolympiaden 2002 Blindern 19. april 2002

x 1 x 3 = 0 4x 1 2x 4 = 0 2x 2 2x 3 x 4 = 0

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 11, VÅR 2014

Studium/klasse: Masterutdanning i profesjonsretta naturfag. 8 (inkludert denne og vedlegg)

Institutt for fysikk. Eksamen i TFY4106 FYSIKK Torsdag 6. august :00 13:00

INTRODUKSJON HYDRODYNAMIKK

Løsningsforslag Øving 1

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN MAI 2006

LØSNINGSFORSLAG EKSAMEN I EMNE TMT4110 KJEMI Lørdag 12. juni 2010 Tid: 9:00 13:00

Den 34. internasjonale Kjemiolympiade i Groningen, juli uttaksprøve. Fasit.

Fasit til norsk finale for uttak til den. 41. internasjonale kjemiolympiaden i Cambridge, England, juli 2009

Transkript:

Program for Elektro og Datateknikk/ AFT Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve Oppgave 1 a) Det skal angis formler for åtte forskjellige forbindelser. i) Salpetersyre : HNO3 ii) Ammoniakk : NH3 iii) Jern(II)oksid : FeO iv) Natriumhypokloritt : NaOCl (brukes i svømmebasseng og i blå klorin flasker). v) Karbontetraklorid : CCl4 vi) Krom(III)oksid : CrO3 vii) Blåsyre : HCN viii) Jern(II)sulfid : FeS b) Surmontil er et antidepressivt legemiddel, som inneholder 81,58 vekt% C, 8,90 vekt% H og 9,5 vekt% N. Summen av vekt%-ene skal alltid bli 100%. Molvekten er 94,43 g/mol. I organiske forbindelser har man ofte overvekt av C og H i forhold til andre elementer.. Derfor kan det være lurt å regne ut molforhold i forhold til N. Tar basis i 100 gram stoff slik at vekt% tilsvarer vekt. n H (8,90 gram)/(1,008 g/mol) 13,0 n (9,5 gram)/(14,01g/mol) N n C (81,58gram)/(1,01g/mol) 10,0 n (9,5gram)/(14,01g/mol) N Empirisk formel : C10H13N Empirisk vekt AN + 13 AH + 10 AC Empirisk vekt (14,01 g/mol) + 13 (1,008 g/mol) + 10 (1,01 g/mol) Empirisk vekt 147,1 g/mol Den oppgitte molvekten er dobbelt så stor som den empiriske. (94,43 g/mol) (147,1g/mol),00 Molekylformel : C0H6N - 1 -

c) Når 1,000 kg FeO3(s) og 0,6 kg C(s) varmes opp, skjer følgende reaksjon : FeO3(s) + 3C(s) Fe(s) + 3CO(g) Reaksjonen går inntil den begrensende reaktanten er oppbrukt. i) Fra reaksjonsligningen ser vi at det støkiometriske forholdet C/ FeO3 3/1 3,0. Beregner antall mol av hver av reaktantene ved å dividere massene på de respektive molvektene. Molvektene finnes i tabell 5 i SI. n C n Fe O3 (6 g)/(1,01 g/mol) 1,8 mol (1000 g)/(159,7 g/mol) 6,6 mol Virkelig molforhold : n n C Fe O 3 1,8 mol 3,485 6,6 mol Det virkelige molforholdet på 3,485 er større enn det støkiometriske forholdet på 3,0. Dette betyr at vi har FeO3 i underskudd. FeO3 er den begrensende reaktant. ii) Fra reaksjonsligningen, ser vi at det dannes mol Fe(s) pr. mol FeO3(s). n n Fe Fe O3 (6,6 mol) 1,5 mol Finner massen av Fe(s) ved å multiplisere med molvekten. m Fe (1,5 mol) (55,85 g/mol) 699 gram iii) C(s) vil forbrukes inntil FeO3 er oppbrukt. Fra støkiometrien i reaksjonsligningen ser vi at det forbrukes 3 mol C pr. mol FeO3. Forbrukt mengde C(s) : 3 n Fe O3 3 (6,6 mol) 18,79 mol Rest av C (Tilført C) (Forbrukt C) Rest C (1,8 mol) (18,79 mol) 3,03 mol Restmasse C (1,01 g/mol) (3,03 mol ) 36,4 gram - -

Oppgave a) En 1000 liters gasstank inneholder ren O(g). Trykket i tanken er 15 bar, mens temperaturen er 18,5 o C. Det skal antas ideell gasslov. Ideell gasslov : PV nrt Hovedpoenget med dette spørsmålet er å bruke riktig R slik at man får samme dimensjon på begge sider i ligningen. Her er det to alternativer i) Bruke R 0,08314 (liter bar)/(k mol) ii) Regne om trykket fra bar til atm og deretter bruke R 0,08057 (liter atm)/(k mol) n O PV (15 bar) (1000 liter) 669 mol RT (0,08314 bar liter/k mol) (91,65 K) mo (669 mol) (3,00 g/mol) (10 3 kg/g) 01 kg b) ph skal beregnes i 0,01 M NaCO3. Alle alkaliesalter er lettløselige : NaCO3 Na + + CO3 CO3 er basen til kullsyre (NaCO3). Kullsyre er en diprotisk syre med pka-verdiene : pka1 6,35 og pka 10,33. Basekonstant 1 korresponderer med syrekonstant, mens basekonstant korresponderer med syrekonstant 1. pkb1 14,00 pka 14,00 10,33 3,67 pkb 14,00 6,35 7,65 Siden det er stor forskjell mellom pkb1 og pkb, så trenger vi bare om å se på likevekten for første basetrinn. Første basetrinn : CO3 + HO HCO3 + OH Likevekt (0.01 x) x x Setter opp likevektsuttrykk : K [HCO3 ] [OH ] 3,67 b1 10 [CO3 ] K (x) (x) (0.01 x) 3,67 b1 10-3 -

Siden Kb er stor i forhold til 0.01, kan en ikke anta x << 0.01. Man bør derfor løse en fullstendig. gradsligning. Ligningen kan løses direkte på kalkulatoren eller alternativt ved bruk av. gradsformelen. x (0,01 x) (10 3,67 ) x + (10 3,67 ) x 10 5,67 0 Bruker. gradsformelen : Konsentrasjoner kan aldri være negative. Derfor kan den negative løsningen utelates., (, ) (, ) 1,36 10 3 mol/l [OH ] x 1,36 10 3 mol/l poh log[oh ] log(1,36 10 3 ),87 ph 14,00 poh 14,00 -,87 11,13 ph blir basisk (større enn 7) pga at NaCO3 er en base. c) Redoksreaksjonen skal balanseres ved hjelp av forskjell i oksidasjonstall. i) Cr 3+ (aq) + NO3 (aq) CrO7 (aq) + NO3(g) (surt miljø) 1) Cr oksideres fra +III til +VI oks 3 N reduseres fra +V til +III red ) Skriver ligningen pr. atom av det som oksideres/reduseres. Vi må sette ½ foran CrO7 fordi forbindelsen inneholder Cr-atomer. Hvis vi setter ½ foran, så blir det pr. Cr-atom. Tilsvarende for NO3 hvor vi har N-atomer. Cr 3+ (aq) + NO3 (aq) 1/CrO7 (aq) + 1/NO3(g) 3) Kryssmultipliserer med differanse i oksidasjonstall Cr 3+ (aq) + 3NO3 (aq) CrO7 (aq) + 3/NO3(g) 4) Multipliserer med for å få lavest mulig heltall. 4Cr 3+ (aq) + 6NO3 (aq) CrO7 (aq) + 3NO3(g) 5) Ser at massebalansen er oppfylt for bade Cr og N. Det er 4 Cr på hver side og 6 N på hver side. 6) Balanserer elektronøytralitet med H +. - 4 -

4Cr 3+ (aq) + 6NO3 (aq) CrO7 (aq) + 3NO3(g) + 10H + (aq) 7) Balanserer massebalanse for H og O ved hjelp av HO. 4Cr 3+ (aq) + 6NO3 (aq) + 5HO(l) CrO7 (aq) + 3NO3(g) + 10H + (aq) 8) Det er lurt å avslutte med en kontrollsjekk Venstre side Høyre side Ladning 4 (+3) + 6 (-1) 6 (-) + 10 6 Masse N 6 3 () 6 Masse Cr 4 () 4 Masse H 5 () 10 10 Masse O 6 (3) + 5 3 (7)+ 3 (3) 3 Kontrollsjekken er OK. Ligningen er balansert. Oppgave 3 a) E o skal beregnes for fire forskjellige halvreaksjoner. E o tilsvarer cellepotensialet når alle stoffer er i standardtilstand. Hvis E o er positiv, så vil reaksjonen gå spontant fra venstre mot høyre. i) Ag + (aq) + Cu(s) Ag(s) + Cu + (aq) Følgende halvreaksjoner finnes i tabell 1 i SI Katode : Ag + (aq) + e Ag(s) E o k 0,80 V Anode : Cu + (aq) + e Cu(s) E o a 0,34 V E o total E o k E o a (0.80 V) (0.34 V) 0.46 V Spontan rx ii) H(g) + Cu + (aq) Cu(s) + H + (aq) Følgende halvreaksjoner finnes i tabell 1 i SI Katode : Cu + (aq) + e Cu(s) E o k 0,34 V Anode : H + (aq) + e H(g) E o a 0 V E o total E o k E o a (0.34 V) (0 V) 0.34 V Spontan rx - 5 -

iii) Fe 3+ (aq) + Br (aq) 1/Br(aq) + Fe + (aq) Følgende halvreaksjoner finnes i tabell 1 i SI Katode : Fe 3+ (aq) + e Fe + (aq) E o k 0,77 V Anode : Br(aq) + e Br (aq) E o a 1,10 V E o total E o k E o a (0.77 V) (1,10 V) 0.33 V Ikke Spontan rx iv) Fe + (aq) + Br (aq) Br(aq) + Fe(s) Følgende halvreaksjoner finnes i tabell 1 i SI Katode : Fe 3+ (aq) + e Fe(s) E o k 0,44 V Anode : Br(aq) + e Br (aq) E o a 1,10 V E o total E o k E o a ( 0,44 V) (1,10 V) 1,54 V Ikke Spontan rx b) Gitt cellerekken : Cu(s) Cu + (0,10 M) Ag + (0,0 M) Ag(s) i) På anoden skjer en oksidasjon med frigivelse av elektroner, mens på katoden skjer en reduksjon med forbruk av elektroner. I en standard cellerekke er alltid anoden til venstre og katoden til høyre. For en spontan galvanisk celle, er det mest uedle metallet anode. Det mest uedle metallet, er det metallet som har lavest E o. Anode : Cu(s) Cu + (aq) + e Katode : Ag + (aq) + e Αg(s) Total : Cu(s) + Ag + (aq) Cu + (aq) + Αg(s) ii) Standard cellepotensial (E o ) regnes ut for verdiene som vi finner i spenningsrekka. E o E o Ag+/Ag (E o )Cu+/Cu (0,80) (0,34) 0,46 V Cellepotensialet (E) beregnes fra Nernst ligning, log ($) Setter inn for aktivitetsproduktet Q. I Q-leddet kommer produktene over brøkstreken og reaktantene under. Alle konsentrasjoner opphøyes i sine respektive støkiometriske koeffisienter. Faste stoff har aktivitet lik 1 og inngår ikke i Q-leddet., (0,46), log ( [&'( ] [*+ ( ] ) log ( (,) (,) ) 0,46 0,07 0,39 V - 6 -

iii) Nedenfor er cellen tegnet. Når det står en dobbeltstrek i cellerekken, så betyr det at det er et fysisk skille mellom anoderommet og katoderommet. Det fysiske skillet kan enten være en saltbru, et diafragma eller en membran. Det er valgfritt hvem av disse tre som man bruker ved tegning av cellen. Nedenfor er det tegnet inn et diafragma som skille. Elektronene transporterer strøm i den ytre kretsen gjennom ledningen. Det forbrukes elektroner i katodereaksjonen, samtidig som det frigis elektroner i anodereaksjonen. Derfor må elektrontransporten være fra anoden (Cu) til katoden (Ag). Strømretningen (I) er definert motsatt vei av elektronretningen. Dette skyldes at strøm er en positiv størrelse, mens elektroner er en negativ størrelse. I løsningen er det ioner som transporterer strømmen. For å få en sluttet krets, må det være ionetransport gjennom diafragmaet. Drivkraften for ionevandring gjennom diafragmaet, er opprettholdelse av elektronøytralitet i begge kamrene. Siden man forbruker positiv ladning (Ag + ) i katodereaksjonen, så må det enten transporteres inn positive ioner eller ut negative ioner, for å opprettholde elektronøytralitet i katoderommet. På figuren over er det vist hvordan ionene beveger seg gjennom diafragmaet. c) En stålterning skal fornikles. Terningen har sidekanter på 6,0 cm. Fornikling utføres med en elektrolysestrøm på 3,0 A. Strømutbyttet for Ni er 95%, som betyr at 5% av strømmen går tapt til bireaksjoner. Det benyttes nikkelanode og en elektrolytt basert på NiSO4. Det skal beregnes hvor lenge prosessen må kjøres for å få en beleggtykkelse på 150 µm. Når nikkel felles ut, skjer følgende katodereaksjon : Ni + (aq) + e Ni(s) Bare 95% av totalstrømmen går til nikkelreaksjonen : INi 0,95 Itot 0,95 (3,0 A),85 A Beregner overflatearealet av terningen (AT). En terning har 6 like sideflater. AT (6 sider) (6,0 x 6,0 cm ) 16 cm - 7 -

Beregner Volum av utfelt belegg (VB) ved å ta produktet mellom areal og tykkelse, VB (16 cm 3 ) (150 10 4 cm) 3,4 cm 3 Finner vekt av utfelt belegg (mb) ved å multiplisere med tettheten til Ni. mb (8,90 g/cm 3 ) (3,4 cm 3 ) 8,84 gram Molvekten til nikkel er 58,69 g/mol. Deler på molvekten for å finne antall mol Ni (nni). nni (8,84 g)/(58,69 g/mol) 0,491 mol Nødvendig elektrolysetid i sekunder kan finnes fra Faradays lov. / 01 34 5 6 t 8 9 34 34 () ( :;) (, ),; 3345 s 9,3 timer Ved plettering må man ofte kjøre med lav strømtetthet for å få et dekorativt og glansende belegg. Derfor er 9 timer et fornuftig svar. Oppgave 4 En aluminiumsklump med vekt 1,00 kg og temperatur 400 o C slippes ned i et 0,0 liters vannbasseng med temperatur 5 o C. Spesifikk varmekapasitet for aluminium ved konstant trykk : 0.90 J/(K g) Spesifikk varmekapasitet for vann ved konstant trykk : 75 J/(K mol) Tetthet til vann : 1,00 kg/liter a) Temperaturen i vannbassenget etter likevekt har innstilt seg skal finnes. Det forutsettes at prosessen er adiabatisk uten varmeutveksling med omgivelsene. 0 liter vann inneholder : (0 l) (1000 g/l)/(18 g/mol) 1111.1 mol Varme avgitt av aluminium Varme opptatt av vannet (0.90 J/(K g)) (1000 g) (TAl T) (75 J/(K mol)) (1111.1) (T Tvann) der TAl er utgangstemperaturen til Al før vannkontakt, Tvann er utgangstemperaturen til vannet og T er fellestemperaturen som både Al og vann har etter temperaturutjevning. Siden temperaturen er gitt som T, vil det være det samme om man bruker o C eller Kelvin som benevnelse. - 8 -

(0.90 J/K g) (1000 g) (400 T) (75 J/(K mol) (1111.1) (T 5) 360000 + 08331.5 (8333.5 + 900) T T 9 o C Etter at varmelikevekt har innstilt seg, vil både aluminiumsbiten og vannet ha en temperatur på 9 o C. b) Endringen i indre energi ( U) for aluminiumsklumpen skal finnes. Indre energi ( U) er summen av varme (q) og arbeid (w). ( U) q + w q > 0 dersom varme tilføres aluminiumsklumpen fra omgivelsene. wrev > 0 når arbeid utføres på aluminiumsklumpen fra omgivelsene. Her kan arbeidet neglisjeres dersom man antar at volumendringen av aluminiumsklumpen er neglisjerbart. Dette gjelder for de fleste metaller. For gasser og væsker endres tettheten forholdsvis mye med temperaturen, og i slike tilfeller vil w ha betydning. Siden temperaturen til aluminiumsklumpen avtar, så gir den fra seg varme slik at q < 0. Da må også U være mindre enn null. En temperaturdifferanse i o C er den samme som en temperaturdifferanse i Kelvin. Steglengden er den samme i begge temperaturskalaene. U q (0.90 J/K g) (1000 g) (T 400 o C) U q (0.90 J/K g) (1000 g) (9 400 o C) 333900 J 334 kj - 9 -

Oppgave 5-10 -

Oppgave 6 En bedrift tar kjølevannet sitt fra en innsjø i nærheten. Innsjøens overflate ligger 15 meter høyere enn inntaket til kjølerne. p 1 1 atm 1 15 m Kjøler p atm I røret ved inntaket til kjølerne kreves det et vanntrykk på atm absolutt trykk. Ledningen fra sjøen er 300 m lang og laget av alminnelig stål (ε 0,05 mm). Den indre diameteren til ledningen er 60 mm. Strømningshastigheten i ledningen er 0,5 m 3 /min. Vannets viskositet er 1, cp og tettheten er 1000 kg/m 3. (1 cp 10 3 Pa s) På røret er det en del armatur og fittings. Det samlede friksjonstapet i armatur og fittings er,75 10 4 Pa. Friksjonstapet i røret eksklusiv armatur og fittings kan beregnes ved hjelp av det vedlagte Moody diagrammet. a) Reynolds-tallet er gitt ved : Re ρ v µ D h Her står (ρ) for tetthet, v for strømningshastighet, µ for dynamisk viskositet og Dh for hydraulisk diameter. Reynolds-tallet er en dimensjonsløs størrelse som alltid er ubenevnt. Tar utgangspunkt i posisjon. Strømningshastigheten (v) kan beregnes fra strømningstverrsnittet (S) og volumstrømmen (Q) Q v S Omregner den gitte volumstrømmen fra m 3 /min til m 3 /s : Q (0,5 m 3 /min)/(60 s/min) 4,17 10 3 m 3 /s Strømningstverrsnittet kan uttrykkes ved hjelp av diameteren : S π D /4 Setter inn for S i uttrykket for Q. - 11 -

Q v π D /4 v 4 Q π D Setter inn tallverdier : -3 (4,17 10 m /s) v 4 1,475 m/s π (0.060 m) 3 Setter inn i uttrykket for Reynolds-tallet. Vær OBS på at viskositeten er gitt i cp (centipoise), der 1 cp 10 3 Pa s. ρ v D Re µ (1000 kg/m 3 ) (1,475 m/s) (0,060 m) (1, 10-3 Pas) 7,4 10 4 Da Reynolds-tallet er større enn 300, har vi turbulent strømning. b) Friksjonsfaktoren (f) kan fra det vedlagte Moody diagrammet. Røret har en overflateruhet (ε) på 0,05 mm. Beregner ε/d forholdet : ε/d (0,05 mm)/(60 mm) 0,000833 Gå inn i Moody-diagrammet for Re 7,4 10 4 og ε/d 0,000833. Vær OBS på at både x-aksen og y-aksen er logaritmiske i Moody diagrammet. På neste side er det vist hvordan friksjonsfaktoren leses av fra Moody diagrammet. Fra diagrammet : f 0,0054-1 -

c) Det samlede friksjonstapet i armatur og fittings er oppgitt til,75 10 4 Pa. Trykktap i røret ekslusiv tap i armatur og fittings kan beregnes fra Fanning s ligning : P L 4 f ρ D f,1 v Der f er friksjonsfaktoren, L er lengden av røret, D er rørdiameteren, ρ er tettheten av fluidet og v er strømningshastigheten. Det er en fordel å sette inn alle størrelser i SI-enheter slik at en får ut trykket i Pa. (300 m) 3 (1,475m/s ) Pf,1 4 (0,0054) (1000 kg/m ) ( (0,060 m) ) 1,175 10 5 Pa Det totale friksjonstapet inklusiv armatur og fittings blir : P f (1,175 10 5 +,75 10 4 ) Pa 1,45 10 5 Pa Omregningsfaktoren fra Pa til bar finnes i tabell 3 i SI-CD : P f (1,45 10 5 Pa) (10 5 bar/atm) 1,45 bar - 13 -

Friksjonshøyden hf kan finnes ved å dele på tettheten og tyngdens akselerasjon. h f Pf (1.45 10 Pa) 14,8 mvs ρ g 3 (1000 kg/m ) (9.807 m/s ) 5 d) La oss ta utgangspunkt i Bernoulli s ligning på høydeform. P1 ρ g + (v1) g + z 1 + h p - h f P ρ g + (v ) g + z I ligningen står hp for nødvendig pumpehøyde. Hvis hp > 0 er det nødvendig å ha en pumpe i systemet. Velger nullnivå for høyden i punkt. Da blir z 0 og z1 15 m. Hastigheten i punkt 1 er lik null siden vannet er i ro på overflaten av innsjøen. Disse to betingelsene gjør at Bernoulli s ligning forenkles til : h p P ρ g + (v ) g + h f - P1 ρ g - z 1 Beregner de ulike leddene i ligningen. Setter inn alle størrelser med SI-enheter. De oppgitte trykkene må omregnes fra atm til Pa. P ρ g ( atm) (1,013 10 (1000 kg/m 3 5 Pa/atm) ) (9,807 m/s ) 0,7 mvs P1 ρ g (1atm) (1,013 10 (1000 kg/m 3 5 Pa/atm) ) (9,807 m/s ) 10,3 mvs (v ) g (1,475 m/s) (9,807 m/s ) 0,111 mvs Setter inn i Bernoulli s ligning : hp (0,7 + 0,11 + 14,8-10,3-15) mvs 10,3 mvs Siden hp > 0, er det behov for å ha pumpe i systemet. Den nødvendige pumpehøyden er 10,3 mvs. Benevnelsen mvs står for meter vannsøyle. - 14 -