PvB-7 Si 31 mei

Het Ts diagram van water en stoom
woensdag 1 februari 2017
12:51
Rendement uit verhouding van oppervlakten
Het oppervlak binnen de kringloop (1-2-3-4)= nuttig gebruikte warmte
Oppervlak onder de lijn 2-3 = -1 afgevoerde warmte in de condensor
Oppervlak onder de lijn 3-4-5 = warmte in het systeem na voorwarming en
verdamping
rendement= nuttig/toegevoerd = (toegevoerd - afgevoerd)/toegevoerd
PvB-7 Si Pagina 1
rendement= nuttig/toegevoerd = (toegevoerd - afgevoerd)/toegevoerd
PvB-7 Si Pagina 2
les 2
woensdag 1 februari 2017
13:57
uit natuurkundeboek
PvB-7 Si Pagina 3
Inleiding
maandag 2 februari 2015
8:46
Het kringproces turbine installatie bestaat uit isobare warmtetoevoer, bijna
isentrope arbeidslevering, isobare warmteafvoer en een isentroop
arbeidsverbruik (vp). Daarna herhaalt alles zich weer.
toestandsveranderingen per apparaat
-
ketel: verhoging van de inwendige energie
turbine: stoom stroomt erdoor en geeft energie af W
condensor: verlaging van inwendige energie
voedingpomp: met een beetje arbeid van buiten wordt de druk verhoogd
Carnot en zijn onderzoekingen:
Hij leefde van 1796 tot 1832 het jaar waarin hij stierf aan cholera, was een
leerling van James Watt uit Schotland, die een stoommachine uitvond.
Hij deed theoretisch onderzoek naar processen die bestonden uit 2 adiabaten
en 2 isothermen en hij gebruikte daarbij de algemene gaswet: P.V=m.R.T
Hij ontdekte dat het technisch hoogst haalbare rendement afhankelijkis van 2
temperaturen:
- T waarbij de warmte wordt toegevoerd T Hoog
- T waarbij warmte wordt afgevoerd T Laag
PvB-7 Si Pagina 4
η=1-
PvB-7 Si Pagina 5
kracht, arbeid en energie
zondag 31 januari 2016
21:38
UIT HET NATUURKUNDE BOEK
Onthoud dit goed:
Er wordt arbeid verricht als het voorwerp waarop kracht wordt uitgeoefend zich
verplaatst, in de richting van die kracht.
Onthoud ook dit:
Iets heeft energie als het de mogelijkheid heeft om arbeid te verrichten
Met energie kan 2 dingen gebeuren:
- omzetten in een andere vorm van energie vb van chemische naar thermische
- overdracht naar dezelfde vorm van energie vb van thermische naar
thermische (radiator met warm water naar lucht)
PvB-7 Si Pagina 6
Inwendige energie van gassen
zondag 7 februari 2016
18:18
Als een vloeistof verdampt dan gaan de moleculen naar de gas-vorm. De vd Waalskrachten
zijn doorbroken, de afstand is zo groot geworden dat de deeltjes elkaar niet meer
aantrekken en krachten dus geen invloed meer hebben. Dan bestaat er alleen nog
bewegingsenergie van de moleculen
De energie van bewegende deeltjes hangt af van:
- snelheid ( we nemen de gemiddelde snelheid, er zijn altijd deeltjes sneller maar ook
langzamere)
- massa van de deeltjes. Een zwaarder molecuul heeft meer energie.
Afleiding van de formule: Wkin= 1/2 x m x v2
- Als er kracht op een deeltje werkt dan verplaatst dit zich, er wordt arbeid verricht:
W= F x S
- als een deeltje zich onder werking van een kracht verplaatst dan verplaatst dat deeltje
zich, met een versnelling, volgens de formule: S= 1/2 x a x t2
- Kracht en versnelling: F= m x a volgens Newton
- snelheid bij versnelling: v = a x t
dus kun je zeggen:
W = m x a x 1/2 x a x t2
W = 1/2 x m x a2 x t2 = 1/2 x m x (axt)2
W= 1/2 x m x v2
En deze laatste formule wordt altijd gebruikt voor kinetische energie en we zijn eraan
gekomen door een aantal formules te gebruiken die allemaal gelden voor deeltjes met
massa. Het is een zeer belangrijke voor de natuurkunde, er is zelfs een heel aparte
afdeling ontstaan: de Thermodynamica.
PvB-7 Si Pagina 7
Inwendige energie
zondag 7 februari 2016
19:44
Als je arbeid uit een machine wilt laten komen zul er energie in moeten doen.
Maar als je een machine wilt laten werken dan moet je altijd bedenken dat een deel van die
toegevoerde energie gaat zitten in INWENDIGE energie van de werkende stof. Dat deel kan
niet of maar gedeeltelijk naar arbeid worden omgezet.
hoe zit dat met een:
- verbrandingsmotor
- een stoomturbine installatie
- een elektromotor
Inwendige energie van moleculen, "U" genoemd, bestaat uit 2 delen, kinetische- en
potentiele energie, de verandering van U is dan:
ΔU = ΔUk + ΔUp
Bij (ideale) gassen is de potentiele energie ΔUp = 0, omdat de moleculen zo ver van elkaar zijn
dat deze energie geen invloed meer heeft. Dan blijft dus over: ΔU = ΔUk
PvB-7 Si Pagina 8
Wu : De uitwendige arbeid
zondag 7 februari 2016
21:44
Denk aan het experiment met een hoeveelheid gas in een cilinder, waarboven
een gewichtloze zuiger heen en weer kan schuiven zonder weerstand:
boven:
de moleculen zitten in volume V1
moleculen oefenen kracht uit op de zuiger
Onder:
Er is warmte toegevoerd, de druk van het gas is
gelijk gebleven (waarom?) maar het volume is
vergroot.
Geleverde arbeid W= F x S = pxAxS = p x ΔV
Een Isobarische warmtetoevoer
Je kunt er ook zo naar kijken met de gaswet:
p.V1 =m.Rs .T1 en p.V2 = m.Rs .T2
dan wordt:
Wu = p(V2 - V1 )
Wu = m.Rs .ΔT
PvB-7 Si Pagina 9
Eerste Hoofdwet thermodynamica
woensdag 17 februari 2016
18:19
EERSTE HOOFDWET van de thermodynamica zegt: "energie gaat
nooit verloren" daarom moet het zo zijn dat:
"de TOEGEVOERDE energie", Qtoe genoemd, is gelijk aan de toename
van de inwendige energie plus de verrichte uitwendige ARBEID.
Qtoe = ΔU + Wu Voor een gas kun je er dan van maken: Qtoe = ΔUk +
Wu
PvB-7 Si Pagina 10
Warmtestroming: Qtoe, Arbeid en Qaf
zondag 31 januari 2016
21:53
Moleculen hebben een inwendige energie die uit 2 soorten bestaat:
- bewegingsenergie
- van der Waals aantrekkings-energie dit is potentiele energie. Vaste stoffen en
vloeistoffen!
( Voor gassen zijn de vd Waalskrachten niet meer aanwezig, de afstanden tussen
de deeltjes zijn te groot. Hier is alleen nog bewegingsenergie.)
Als we een massa deeltjes dus energie laten opnemen moeten we er goed
rekening mee houden dat dit inwendige energie wordt. Warmte is ontvangen
energie.
Meestal is de energie Qaf gelijk aan de afgevoerde massa met inwendige energie,
afgewerkte stoom bij een turbine en uitlaatgassen bij een verbrandingsmotor.
Deze massa gas heeft kort daarvoor arbeid geleverd en wordt nu afgevoerd.
PvB-7 Si Pagina 11
Meer gaswet, Soortelijke warmte
woensdag 27 januari 2016
13:06
=R
of
= m.Rs
Rm= M.Rs
of
dus Rs = Rm/M
= m.Rm/M
Rs = R voor 1 kg gas
Rm = R voor 1 mol gasdeeltjes (vast aantal van 6 x 10 macht 23)
Soortelijke warmte van een gas?
Wat betekent c = 4,2 kJ/kg.K ?
Wat stelt de soortelijke warmte c van gas dan voor, als gas bij veranderingen arbeid levert of
opneemt?
Q=m.c.Δt
Anders gesteld waarvan hangt de waarde van c af?
Daarom gebruiken we voor een gas alleen cv of cp
En we weten:
• als de druk constant is dan is er een W èn een ΔU
• Als het volume constant is dan is er géén W maar alléén ΔU
En als druk én volume allebei veranderen dan kan deze hele formule niet worden toegepast.
We gebruiken voor stoom (en alle andere gassen ook) enthalpie als warmtehoeveelheid en
nooit m.c.Δt.
PvB-7 Si Pagina 12
Opg. Carnot vs Rankine
maandag 8 februari 2016
13:31
1)
In een Carnot proces
Qtoe bij 360 C
Qaf bij 20 C
Bereken het Carnot rendement
2)
In een Rankine proces met verzadigde stoom als werkend medium:
Verdampingstemperatuur = 360 C
Condensatietemperatuur = 20 C
Bereken het thermische rendement van deze installatie.
3)
Hoe verklaar je het verschil tussen antw van 1 en antw van 2?
PvB-7 Si Pagina 13
Wat hebben we gedaan?
woensdag 15 februari 2017
10:46
Kringloop W+S bekeken
Theoretische kringloop in TS diagram gezet
• elk stukje oppervlak is hier een hoeveelheid warmte
• oppervlak totaal aanwezige warmte na ketel
• oppervlak totaal afgevoerde warmte na condensor
• verschil tussen deze oppervlakken is de geleverde arbeid
Gesproken over het theoretische onderzoek van Nicolas Carnot
• onderzoek naar kringlopen en het hoogst haalbare rendement
• zijn conclusie: hoogst haalbare kringloop bestaat uit:
○ isotherme warmtetoevoer (ketel verdamping)
○ adiabatische expansie (turbine)
○ isotherme warmteafvoer (condensor)
○ adiabatische drukverhoging (voedingpomp)
De gebruikelijke kringloop is die van Rankine.
• stuk isobare warmtetoevoer (eco en verdamper)
• bijna adiabatische expansie (turbine)
• isobare (en isotherme !) warmteafvoer (condensor)
• bijna adiabatische drukverhoging (voedingpomp)
sommetje gedaan om te vergelijken: Carnot en Rankine
PvB-7 Si Pagina 14
opgave
woensdag 15 februari 2017
12:06
PvB-7 Si Pagina 15
Voorwarmers
woensdag 22 februari 2017
11:56
vanaf blz 15
Hier zijn duidelijk te onderscheiden waar zich de 3 zones bevinden
Let op de koelplaatjes die zich op de pijpen bevinden, ze dienen ook
om de afgelegde weg van de stoom richting te geven.
Stel je eens voor wat er gebeurt dat er een pijp lek raakt.
- zal dit een LP- of een HP feedheater zijn?
Wat moet je dan doen?
Hoe denk je dat dit apparaat kan worden gedemonteerd?
PvB-7 Si Pagina 16
wat is dit?
woensdag 8 maart 2017
11:03
PvB-7 Si Pagina 17
formatieve toets 2
woensdag 15 maart 2017
11:32
form 2
PvB-7 Si Pagina 18
formatieve toets 3
woensdag 15 maart 2017
11:33
form 3
PvB-7 Si Pagina 19
ontgassen par. 8 blz 23
woensdag 22 maart 2017
12:52
PvB-7 Si Pagina 20
19 april
woensdag 19 april 2017
14:19
gestart met de condensor
eerst training gedaan met opgave rankine proces werkend met vs.
PvB-7 Si Pagina 21
Regeneratieve condensor
woensdag 3 mei 2017
9:48
Wat wordt bedoeld met regeneratief?
Wat is onderkoeling van condensaat en waarom is dit slecht voor het rendement van
het gehele systeem?
PvB-7 Si Pagina 22
Warmtebalans berekeningen bij de condensor
woensdag 3 mei 2017
9:51
damp wordt condensaat: warmte afgifte
koelwater warmt op
warmte opname
Qop = Qaf
oefenopgave:
Van een installatie is het volgende bekend: de hoeveelheid
afgewerkte stoom is 17,5 kg/s; de druk in de condensor is 0,06
bar; X = 0,91; het temperatuurverschil tussen inlaat en uitlaat
koelwater is 10 ºC; cw koelwater = 4,2 kJ/kg.K;
Vragen:
Maak een warmtebalans.
bereken de benodigde hoeveelheid koelwater.
= 916 kg/s
PvB-7 Si Pagina 23
Het ontgassingsproces
woensdag 3 mei 2017
9:44
Ontgassing in 2 stappen:
- bij binnenkomst van het condensaat
- bij het op kooktemperatuur brengen
Ontluchting aan bovenzijde. Waarom?
Andere functies van de ontgasser:
PvB-7 Si Pagina 24
stoomejecteur
woensdag 10 mei 2017
13:33
door snelheidsvergroting van een stoomstraal ontstaat er een
drukverlaging. Deze drukdaling kan erg groot zijn.
Met een stoomstraalejecteur kan men de lucht uit een condensor zuigen
(net als met een waterring vacuumpomp).
Bij een st-str-ejecteur verlies je altijd veel stoom. Daarom wordt er meestal
een klein condensortje gebruikt om deze stoom terug te winnen.
Er is dan nog een vacuumzuigend apparaat nodig om de lucht, die
overblijft, uit het condensortje te verwijderen. Dus altijd minimaal 2
vacuum apparaten nodig!
PvB-7 Si Pagina 25
Grädigkeitgrafieken
woensdag 10 mei 2017
13:58
grädigkeit = tu - tc (een delta t)
PvB-7 Si Pagina 26
warmteoverdracht
woensdag 17 mei 2017
12:58
Q=mxcxdt overgedragen warmte
warmteweerstand / warmtegeleiding per m2 oppervlak
oppervlak
temperatuurverschil
Q = k x A x Dtgem
k faktor afhankelijk van het materiaal vd pijp en van de dikte van de
pijpwand
k = 1/ (1/a1 + d/l + 1/a2) formule van Grasshoff
eenheid k = kW/m2/K
A aantal m2 pijpoppervlak waar de warmte doorheen gaat (gemiddeld)
Dt gem ? dt maximaal en dt minimaal !
huiswerk:
maak van vragenblad pagina 4 opgave 8 en de extra vraag
PvB-7 Si Pagina 27
zoeken naar fouten bij een condensor
woensdag 31 mei 2017
12:54
vervuild koelwater traject
grotere warmteweerstand, minder warmteopname uit de damp.
tdamp stijgt, pdamp stijgt, tcon stijgt
actie reinigingscyclus vaker doen
luchtinbreuk
partiele druk!! "gemeten pdamp" (het is niet meer aléén damp)
zal stijgen terwijl de condensatie temperatuur gelijk blijft.
actie: lek zoeken, beginnen bij de vacuumpomp
gebrekkige hoeveelheid koelwater
temp koelwater-uit stijgt, aantal kW van de aandrijfmotor daalt
actie eerst kijken naar aanzuigtraject (filter dicht) dan naar
werking van pomp of E-motor
vervuiling condensaat (lekage pijpje(s))
vrijwel direct alarm van de geleidbaarheidmeter
actie Condensor uit bedrijf nemen en lekkage opsporen
PvB-7 Si Pagina 28
vergelijking uit metingen
woensdag 31 mei 2017
13:44
Wat betekent: "Condensorbelasting"
Vergelijken in de tijd, bij verschillende belastingen:
afnemende koelwaterhoeveelheid
toenemende vervuiling
luchtlekkage
combinatie luchtlekkage + vervuiling
PvB-7 Si Pagina 29