Termodinamika i termotehnika

1. Ložište kotla izolirano je šamotnom opekom, kojoj je koeficijent provoñenja topline
λo = 0,6 W/(m K), a debljina δo = 125 mm. Iza opeke stoji sloj keramičke vune s
koeficijentom λv = 0,1 W/(m K) i najzad čelični lim s koeficijentom λč = 45 W/(m K)
i debljine δč = 10 mm. Poznato je da površina opeke prema ležištu ima temperaturu t1
= 1100 oC, da keramička vuna izdržava maksimalnu temperaturu od 1000 oC i da je
vanjska temperatura na čeličnom limu t4 = 60 oC.
a) Odrediti maksimalnu debljinu keramičke vune
b) Odrediti gustoću toplinskog toka kroz takav troslojni zid
c) Ako je debljina sloja keramičke vune dva puta manja od maksimalne, kolika je
gustoća toplinskog toka, a kolika temperatura na granici opeke i vune?
d) Kolika je temperatura na granici čeličnog lima i keramičke vune za oba slučaja!
e) Skicirati temperaturne padove kroz ovaj zid za oba slučaja!
2. Odrediti razliku temperatura unutrašnje i vanjske površine ravnog čeličnog zida
parnog kotla koji radi pod nadtlakom od 13 bara. Debljina zida je 3 mm. Entalpija
vode koja ulazi u kotao je 356 kJ/kg. Specifična potrošnja suhozasićene pare iznosi 25
kg/h po 1m2 grijne površine. Barometarski tlak je 1 bar, a koeficijent toplinske
vodljivosti λ = 50,3 W/(m K).
3. Kroz staklenu cijev promjera 56/50 protječe pasterizirano mlijeko. Temperatura
unutrašnje cijevi je 74,5 oC. Mlijeko se u cijevi hladi tako da temperatura opada
prosječno za 1 oC svakih 10 m dužine cijevi. Brzina strujanja mlijeka u cijevi je 0,5
m/s. Toplinski kapacitet mlijeka cp(M) =
3,94 kJ/(kg K). Koeficijent toplinske
vodljivosti stakla λs = 0,745 W/(m K). Gustoća mlijeka je 1030 kg/m3. Odrediti
temperaturu na vanjskoj površini cijevi!
4. Provjeriti da li je moguće postaviti kanalizaciju pomoću betonskih cijevi promjera
150/100 mm bez toplinske izolacije u zemljište čija je temperatura na dužini
postavljanja cijevi neposredno uz površinu cijevi -1,8 oC. Temperatura očvršćavanja
kanalizacijske tekućine je -0,5 oC. Gubici topline iznose 22 W/m. Koeficijent
toplinska vodljivosti za beton λb = 1,22 W/(m K). Zanemariti brzinu strujanja
kanalizacijske tekućine.
5. U parnom kotlu tlak zasićene vodene pare iznosi 26 bar, a temperatura dimnih plinova
tI = 900 oC. Debljina kotlovskog lima (λl = 50 W/(m K)) je δ1 = 22 mm. Koeficijent
prijelaza topline na strani plinova je α1 = 30 W/(m2 K), a na strani pare α2 = 8000
W/(m2 K). Za koliko se promijeni količina topline koja sa dimnih plinova prelazi na
vodenu paru (toplinski tok) kroz jedan metar kvadratni grijne površine, ako se sa
unutrašnje strane kotlovskog zida nataloži sloj kamenca (λ2 = 0,95 W/(m K)) debljine
δ2 = 10 mm. Kolika je temperatura vanjske površine kotla u prvom i drugom slučaju?
6. Kroz izoliranu čeličnu cijev 80x5 mm dužine l = 15 m protječe m = 80 kg/h suhe
vodene pare tlaka 4 bar. Debljina izolacije je δ2 = 65 mm, koeficijent toplinske
vodljivosti izolacije λ2 = 0,05 W/(m K), a temperatura vanjskog zraka je tII = 15 oC.
Koeficijent prijelaza topline s vodene pare na unutrašnju površinu cijevi je α1 = 2500
W/(m2 K), a sa vanjske površine izolacije na zrak α2 = 8 W/(m2 K). Odrediti:
a) toplinske «gubitke»
b) promjenu entalpije vodene pare zbog toplinskih «gubitaka»
c) masu kondenzirane vode u cijevi
Zanemariti promjenu tlaka vodene pare uslijed otpora koji se javljaju tijekom navedenog
procesa.
7. Na slici 1 prikazan je ureñaj za hlañenje mlijeka kojega 1000 kg treba u jednom satu
ohladiti sa 15 oC na 4 oC. Ono se u hladnjaku površinski hladi pomoću vodene otopine
soli (rasoline). Rasolina se u isparivaču hladi sa 0 oC na -3 oC. Rashladna tvar je
amonijak.
a) koliko se topline u isparivaču mora od rasoline predati amonijaku ako je specifični
toplinski kapacitet mlijeka 3,963 kJ/(kg K).
b) Kolika količina rasoline cirkulira u tom ureñaju ako je njezin specifični toplinski
kapacitet 3,35 kJ/(kg K).
c) Koliko protječe kroz rashladni stroj amonijaka na sat, ako proces radi u području
zasićenja, te ako najmanja temperaturna razlika u isparivaču i kondenzatoru treba biti
2K
d) Kolika je teorijska snaga kompresora
e) Koliki je stupanj rashladnog učina
f) Koliki je potrošak rashladne vode u kondenzatoru
g) Odrediti potrebnu površinu isparivača, ako je na strani rasoline koeficijent prijenosa
topline αR = 930 W/(m2 K)., a na strani rashladne tvari αNH3 = 2490 W/(m2 K).
Stijenka isparivača je debljine 2,5 mm s koeficijentom toplinske vodljivosti λ = 58,2
W/(m K)
Slika 1. Shematski prikaz ureñaja za hlañenje.
8. Suhozasićena vodena para apsolutnog tlaka 0,98 bar potpuno se kondenzira u
kondenzatoru sa cijevnim snopom i omotačem. Tijekom razmjene topline rashladna
voda, koja struji kroz cijevi, se zagrije od 20 oC do 40 oC. Maseni protok vodene pare
iznosi 1 kg/s. Odrediti:
a) razmijenjenu toplinu (toplinski tok) izmeñu toplijeg i hladnijeg fluida
b) maseni protok rashladne vode
c) srednju logaritamsku razliku temperatura za protustrujni tok fluida
d) srednju razliku temperatura fluida
e) Skicirati proces u T,s-dijagramu
9. Voda masenog protoka 450 kg/h treba se zagrijati od 10 oC do 70 oC pomoću zraka
masenog protoka 1800 kg/h, tlaka 1 bar i ulazne temperature 160 oC. Ako je vrijednost
koeficijenta prolaza topline 150 W/(m2 K) odrediti potrebnu površinu izmjenjivača
topline za:
a) istosmjerni tok fluida
b) protustrujni tok fluida
10. Za protustrujni izmjenjivač topline poznato je:
-
protok nosioca topline 250 kg/h
-
temperatura primatelja topline (zrak) 15 oC/108 oC
-
koeficijent prijenosa topline 945 W/(m2 K)
-
nosioc topline: ULAZ – zasićena vodena para tlaka 3,43 bar
IZLAZ – kondenzat na granici zasićenja
Izračunati površinu izmjenjivača A! Što će se dogoditi ako se promijeni smjer toka
primatelja topline!

Download Report