UMEÅ UNIVERSITET
Tillämpad fysik och elektronik
Mohsen Soleimani-Mohseni
Robert Eklund
Umeå 9/3 2013
ENERGIPROCESSER, 15 Hp
Tid: 09.00-15.00 den 9/3-2013
Hjälpmedel: Alvarez Energiteknik del 1 och 2, formelsamling av typ Data och
Diagram, TEFYMA, MaFyKe, Hydraulik eller liknande, Kursens formelsamling,
i-s diagram (A3) samt miniräknare. Egna anteckningar, dock inga lösta exempel!
Definiera använda beteckningar, sätt ut enheter, ange och motivera antaganden.
Lösningarna skall redovisas så strukturerat att en bedömning kan tillåtas.
Dåligt strukturerade lösningar medför poängavdrag.
Du får göra nödvändiga (ingenjörsmässiga) antaganden och approximationer, men du
måste motivera dem!
Redovisa endast en uppgift per inlämningsblad!
Preliminära gränser:
12 ≤ betyg 3 < 16
16 ≤ betyg 4 ≤ 20
20 < betyg 5 ≤ 25
1) MSM, 5 p
Vatten med temperaturen 20°C strömmar i en rörledning (se figur).
Rörledningen har två sektioner med tvärsnittsarean A1 och en sektion med
tvärsnittsarean A2. Fem stigrör är monterade på rörledningen såsom figuren
visar. En punkt P mitt i den ena rördelen är markerad.
Volymflödet är 80 ∙ 10-6 m3/s. Arean A1 är 0,2 ∙ 10-3 m2.
Avgör om påståendena a, b, c och d är rätt eller fel. Motivera dina svar utifrån
figuren och givna uppgifter. Om svaret kräver beräkning ska denna bifogas.
a) Det statiska trycket i P är det rådande atmosfärstrycket plus ρ ∙ g ∙ ha
(rätt/fel?)
b) Det dynamiska trycket i P är 80 Pa (rätt/fel?)
c) Strömningen sker utan friktion (rätt/fel?)
d)Strömningen är laminär i den grova rördelen (rätt/fel?)
e) Ge den fysikaliska förklaringen till att he>hd.
2)
MSM, 5 p
Vatten pumpas ut från en stor sjö till toppen av en kulle (som framgår av
figuren nedan). Pumpen med en verkningsgrad på 70 % körs med en elektrisk
effekt på 150 kW. Beräkna det utpumpade flödet! Data: rörets diameter = 0,5
m; Rörets längd = 975 m; friktionsfaktor (tryckfallskoefficient) λ = 0,018 och
inga engångsförluster förekommer. Övriga data enligt figuren.
D = 500 mm
L = 975 m
λ = 0,018
3) MSM, 3 p
En cylindrisk behållare innehåller 45 liter kvävgas vid temperaturen 8°C och
trycket 1,2 MPa. En kolv i cylindern pressar ihop gasen till volymen 32 liter,
Temperaturen stiger då till 23°C. Beräkna gasens nya tryck.
4) MSM, 5 p
En mantlad motströmsvärmeväxlare ska dimensioneras för att kyla olja (som i
sin tur kyler bort värme från en elgenerator). Massflöde på det kylande vattnet
som strömmar inuti en cirkulär tub är 0,2 kg/s. Olja som strömmar utanför
tuben (på höljesidan) har ett massflöde motsvarande 0,1 kg/s. Olja och vatten
har inkommande temperaturer 100 respektive 30°C. Tuben är gjord av stål och
har en tjocklek på 3 mm. Värmeövergångstalet på insidan och utsidan av tuben
är 2250 respektive 39 W/(m2 ∙ K). Hur lång ska värmeväxlaren vara om man
önskar att oljans utgående temperatur ska vara 60°C (oljan ska kylas till
60°C). Specifik värmekapacitet för oljan är 2131 J/kg/K. Övriga data enligt
figuren nedan.
Tubens inre diameter; Di = 25 mm
Tubens tjocklek = 3 mm
λ = 45 W/m/K
5) RE, 3 p
En panna levererar 50 ton/h ånga av 100 bar och 450°C. Till pannan
inkommer matarvatten med ett tryck på 110 bar och temperaturen 180°C.
Pannan eldas med ett biobränsle som har det effektiva värmevärdet 20 MJ/kg.
Beräkna bränsleflödet om pannans pannverkningsgrad är 85 %
6) RE, 4 p
En kylmaskin arbetar med R12 trots förbud mot detta. I förångaren tas det upp
1.2 kW värme vid en temperatur av -2°C. I kondensorn bortförs värme så att
lämnande kondenserad R12 har en temperatur av 25°C och är i form av mättad
vätska. Vätskan stryps före inloppet till förångaren. Kompressorn dit den
mättade ångan från förångaren förs har en isentrop verkningsgrad av 70 %.
a. Beräkna massflöde R12
b. Beräkna kompressorns effekt och vilken värmeeffekt som avges i
kondensorn.
c. Beräkna kylanläggningens kylfaktor
d. Vilken kylfaktor är den teoretiskt högsta möjliga om man arbetar med en
s.k. Carnot-cykel mellan aktuella temperaturerna.
Diagram och tabeller för R12 bifogas tentamen.
Lycka till
