Umeå 19/1 2012
UMEÅ UNIVERSITET
Tillämpad fysik och elektronik
Mohsen Soleimani-Mohseni
Robert Eklund
ENERGIPROCESSER, 15 Hp
Tid: 09.00-15.00 den 19/1-2012
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, 3 p
Vatten motsvarande 140 l/s strömmar genom anläggningen nedan, beräkna den
totala tryckförlusten i meter vattenpelare mellan punkt 2 och 3. Atmosfärstryck
(1,013 bar) råder utanför anläggningen.
2) MSM, 3 p
Är nedanstående strömning laminär eller turbulent? Fluid: vatten 20°C;
rördiameter är 40 cm; h1 = 1 m; h2 = 2 m. Svar utan beräkning och motivering ger
ingen poäng
3) MSM, 3 p
För en pump har tillverkaren uppgivit NPSH-värdet 2,7 mvp vid aktuell
volymström. Pumpen arbetar med vatten av 40°C och med atmosfärtrycket 1,013
bar på inloppssidan. Strömningsförlusterna i sugröret har uppskattats till 1,2 mvp.
Hur stor kan sughöjden högst vara vid kavitationsfri drift?
4) MSM, 4 p
Vatten strömmar inuti ett rör med ett värmeledningstal, ytterdiameter och tjocklek
på 50 W/m/K, 104 mm respektive 2 mm. Vattnets temperatur är 15°C och uteluften
har en temperatur på -10°C. Värmeövergångstalet på vattensidan är 3 kW/m2/K
och på utsidan (luftsidan) 20 W/m2/K.
a) Beräkna värmeförluster per längdenhet (per meter) genom konvektion och
ledning
b) Beräkna motsvarande värmeförluster per längdenhet (per meter) om vi
isolerar röret med 98 mm isoleringsmaterial (ytterdiametern blir alltså 300
mm). Isoleringen har ett värmeledningstal på 0,05 W/m/K.
5) MSM, 2 p
Vilket av systemen nedan (a eller b) ger högst tryck vid samma massflöde och
samma varvtal på fläkten? Motivera svaret – svar utan motivering ger inga poäng
Värmeväxlare (värmer luften)
fläkt
6) RE, 6 p
Ett kraftvärmeverk eldat med torrefierat biobränsle producerar 35 kg/s ånga.
Ångan har trycket 150 bar och temperaturen 525°C. Ångan expanderar till 2.5 bar
(ånghalt x=0.96) i en turbin före kondensering. I kondensorn värms
fjärrvärmevatten från 60°C till 110°C. Efter kondensorn trycksätts matarvattnet
åter till 140 bar i matarvattenpunmpen innan den tillförs pannan.
a) Beräkna anläggningens eleffekt om ηmek ∙ ηgen = 0,92
(förluster i överföringen och i generatorn)
b) Beräkna fjärrvärmeeffekten (MW) och flödet av fjärrvärmevatten.
c) Beräkna kondensorns värmeyta om värmegenomgångstalet: k = 1.2
kW/(m2.°C)
d) Beräkna hur mycket entalpin ökar i matarvattenpumpen, och pumpens
effekt om dess verkningsgrad är 70 %.
e) Beräkna bränsleflödet om pannverkningsgraden är 88 % och bränslets
effektiva värmevärde är 18 MJ/kg.
Har du inte löst uppgift d. så anta att matarvattnets entalpiökning över
matarvattenpumpen kan försummas
7) RE, 4 p
En kompressor har ett tillflöde av 10 kg/s luft som har en temperatur av 27 C och
ett tryck av 100 kPa vid inloppet. Trycket i kompressorn höjs till 450 kPa.
Kompressorns isentropiska verkningsgrad k = 0.7. Beräkna:
a. Temperaturen på luften efter kompressionen
b. Volymsflödet luft efter kompressionen
c. Kompressorns energiförbrukning (kWh) per dag om den kör 1 halvtimme per
dag.
Kompressorn har en mekanisk verkningsgrad på 85%
Du kan anta luft som ideal gas med molmassa 29 g/mol, cp=1.005 kJ/(kg.K) och =
1.4
