UNIVERSITÄT STUTTGART - Institut für Thermodynamik und ...
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<strong>UNIVERSITÄT</strong> <strong>STUTTGART</strong><br />
INSTITUT FÜR THERMODYNAMIK UND WÄRMETECHNIK<br />
Apl. Professor Dr.-Ing. K. Spindler<br />
Prüfung in "Technische <strong>Thermodynamik</strong> 1+2" 20. August 2012<br />
Zeit: 3,0 St<strong>und</strong>en zugelassen: <strong>für</strong> Aufgabe 1 -5 Taschenrechner<br />
6 Seiten handgeschriebene Formelsammlung<br />
Mollier h,s-Diagramm <strong>für</strong> Wasserdampf<br />
Der Kopf des Doppelbogens ist vollständig auszufüllen <strong>und</strong> sämtliche abgegebene Blätter sind mit<br />
Namen <strong>und</strong> Matrikelnummer zu versehen.<br />
Bearbeitete Aufgaben werden als vollständig richtig bewertet, wenn neben dem korrekten Endergebnis<br />
auch der Rechengang ersichtlich ist.<br />
Wichtiger Hinweis <strong>für</strong> Wiederholer:<br />
Die mündliche Prüfung der Kandidaten, welche die jetzige schriftliche Prüfung als Wiederholungsprüfung<br />
ablegen <strong>und</strong> die diese schriftliche Prüfung nicht bestehen, findet in der Woche<br />
Vom 5.11.2012 – 9.11.2012 statt.<br />
Die Matrikelnummern dieser Kandidaten werden ab dem 15.10.2012 an den Anschlagbrettern des<br />
Lehrstuhls bekanntgegeben. Die Wiederholer sind verpflichtet, die Liste einzusehen <strong>und</strong> sich<br />
gegebenenfalls <strong>für</strong> die Nachprüfung bereitzuhalten.
Aufgabe 1 (12 Punkte)<br />
Zur kombinierten Erzeugung von Blockeis <strong>und</strong> Heizwärme wird der folgende reversible Prozess<br />
betrachtet: 1000 kg Wasser werden zunächst von 20 °C bei p= 1 bar bis zum Gefrierpunkt 0 °C<br />
abgekühlt <strong>und</strong> anschließend vollständig gefroren. Dies erfolgt mit einer kontinuierlich (stationär)<br />
arbeitenden Kältemaschine.<br />
Die Kältemaschine (linksgängiger Stirlingprozess) wird mit m� KM � 0,1625 kg/s Helium als<br />
Arbeitsmittel (ideales Gas, cp= 5,234 kJ/(kg K), cv= 3,211 kJ/(kg K)) im Druckbereich zwischen<br />
pmax= 30 bar <strong>und</strong> pmin= 1,5 bar betrieben. Dabei werden die folgenden idealisierten<br />
Zustandsänderungen durchlaufen:<br />
1-2: Reversibel isotherme Expansion bei �1= -8 °C mit Wärmeaufnahme vom Wasserbehälter K.<br />
2-3: Reversibel isochore Wärmezufuhr durch vollständige innere Wärmeübertragung. Der Druck<br />
im Zustand 3 beträgt p3= 2 bar.<br />
3-4: Reversibel isotherme Verdichtung mit Wärmeabgabe an das Wärmereservoir H.<br />
4-1: Reversibel isochore Wärmeabgabe so, dass q41 � q23<br />
(vollständige innere Wärmeübertragung).<br />
Linksgängiger<br />
Stirlingprozess<br />
Wärmereservoir H<br />
KM<br />
.<br />
QH .<br />
QK Wasserbehälter K<br />
Anmerkung: - Änderungen von kinetischen <strong>und</strong> potentiellen Energien sind zu vernachlässigen.<br />
P KM<br />
- Die spezifische Wärmekapazität von flüssigem Wasser beträgt cp,W = 4,19 kJ/(kg K)<br />
<strong>und</strong> die Schmelzenthalpie �hschmelz= 333 kJ/kg (Dichteänderungen beim Phasen-<br />
übergang sind zu vernachlässigen).<br />
a) Skizzieren Sie den Kältemaschinenprozess im p,v- <strong>und</strong> T,s-Diagramm.<br />
b) Bestimmen Sie die erforderliche Antriebsleistung der Kältemaschine PKM als Summe aller<br />
dem linksgängigen Stirlingprozess zu- <strong>und</strong> abgeführten Leistungen.<br />
c) Wie groß ist die Leistungszahl (Kältezahl) der Kältemaschine?<br />
d) Wie lange dauert es, bis das Wasser bis zum Gefrierpunkt abgekühlt ist?<br />
e) Wie lange dauert der Gefriervorgang?
Aufgabe 2 (18 Punkte)<br />
Ein Viertakt-Ottomotor mit einem Verdichtungsverhältnis �= V2/V3= 7,64 <strong>und</strong> einem Hubvolumen<br />
VHub= 1,6 Liter wird zur Leistungssteigerung mit Hilfe eines Turboverdichters aufgeladen, der von<br />
einer Abgasturbine verlustfrei angetrieben wird (vgl. Skizze). Der Turboverdichter saugt<br />
Umgebungsluft (ideales Gas, RL= 287,1 J/(kg K), cp= 1005 J/(kg K)) bei pam= 1 bar, Tam= 300 K<br />
an <strong>und</strong> verdichtet diese reversibel polytrop (n=1,5) auf p1= 2 bar. Danach wird die Luft im<br />
Ladeluftkühler isobar auf T2= 320 K abgekühlt <strong>und</strong> dem Motor zugeführt, in dem reversibel<br />
adiabat verdichtet (Zustand 3), reversibel isochor Wärme zugeführt (p4= 90 bar) <strong>und</strong> reversibel<br />
adiabat expandiert (Zustand 5) wird. Die Motorabluft wird anschließend teilweise (Massenstrom<br />
m� T ) in der Abgasturbine irreversibel adiabat auf Umgebungsdruck expandiert (p6=pam). Die<br />
Temperatur im Austrittsstutzen der Turbine beträgt T6= 550 K.<br />
Prozess-Darstellung im p,v-Diagramm Skizze: Motor mit Turbolader<br />
p<br />
90 bar<br />
2 bar<br />
1 bar<br />
3<br />
4<br />
5<br />
2<br />
1<br />
am<br />
v<br />
6<br />
[m 3 /kg]<br />
Turbo-<br />
Verdichter<br />
Ladeluftkühler<br />
.<br />
Q12 am<br />
1<br />
2<br />
m� L<br />
T m�<br />
Motor<br />
5<br />
6<br />
Abgasturbine<br />
Anmerkung: - Änderungen von kinetischen <strong>und</strong> potentiellen Energien sind zu vernachlässigen.<br />
a) Skizzieren Sie den Prozess mit allen Zustandspunkten im T,s - Diagramm<br />
Bestimmen Sie<br />
b) den thermischen Wirkungsgrad des Motors sowie die maximale Temperatur im Motor<br />
c) die Leistung des aufgeladenen Motors bei einer Nenndrehzahl von n= 5800 min -1<br />
d) den Gütegrad der Abgasturbine<br />
e) den Luftmassenstrom m� T , der durch die Abgasturbine strömt.<br />
m� A
Aufgabe 3 (17 Punkte)<br />
In einer stationär arbeitenden, zweistufigen Kältemaschine durchläuft das reine, reale<br />
Arbeitsmittel Ammoniak (NH3) den folgenden Kreisprozess (vgl. Anlagenschema):<br />
gesättigter<br />
Dampf<br />
p1 =1,51 bar 1<br />
.<br />
Q 81<br />
8<br />
p8=p 1<br />
Verdampfer<br />
P ND=27,3 kW P HD<br />
ND-Verdichter<br />
.<br />
mND= 0,16 kg/s<br />
Drossel<br />
.<br />
mND p2=4,2 bar<br />
2<br />
7<br />
siedende<br />
Flüssigkeit<br />
p3=p2 gesättigter<br />
Dampf<br />
3<br />
Zwischenbehälter<br />
(Z)<br />
.<br />
mHD 6<br />
p 6 =p 2<br />
HD-Verdichter<br />
� G,HD =0,8<br />
Drossel<br />
Kondensator<br />
.<br />
mHD p4=11,67 bar<br />
4<br />
5<br />
siedende<br />
Flüssigkeit<br />
1-2: Irreversibel adiabate Verdichtung (PND= 27,3 kW) des Massenstroms m� ND = 0,16<br />
kg/s vom Zustand 1 (gesättigter Dampf (x1= 1), p1= 1,51 bar) auf p2= 4,2 bar.<br />
2-Z <strong>und</strong> 6-Z: Isobare Vermischung des Massenstroms m� ND des Niederdruckkreislaufs (Zustand 2)<br />
mit dem Massenstrom m� HD des Hochdruckkreislaufs (Zustand 6) in einem nach<br />
außen hin adiabaten Zwischenbehälter (Z). Im Zwischenbehälter erfolgt eine<br />
Aufteilung des Arbeitsmittels in gesättigten Dampf (Zustand 3, x3= 1) <strong>und</strong> gerade<br />
siedende Flüssigkeit (Zustand 7, x7= 0).<br />
3-4: Irreversibel adiabate Verdichtung (Gütegrad �G,HD= 0,8) des Massenstroms m� HD<br />
vom Zustand 3 (gesättigter Dampf (x3= 1) , p3= p2) auf den Druck p4= 11,67 bar.<br />
4-5: Isobare Wärmeabfuhr <strong>und</strong> vollständige Kondensation des Dampfes bis zur<br />
Siedelinie.<br />
5-6: Adiabate Drosselung (ohne Arbeitsgewinn) auf den Druck p6= p2= 4,2 bar.<br />
7-8: Adiabate Drosselung (ohne Arbeitsgewinn) des Massenstroms m� ND vom Zustand 7<br />
(gerade siedende Flüssigkeit (x7= 0), p7= p2= 4,2 bar) auf den Verdampferdruck<br />
p8= p1= 1,51 bar.<br />
8-1: Isobare Wärmezufuhr <strong>und</strong> vollständige Verdampfung.<br />
Vereinfachung: Änderungen von kinetischer <strong>und</strong> potentieller Energie sollen bei den<br />
Zustandsänderungen vernachlässigt werden.<br />
Hinweis: Verwenden Sie zur Lösung die gegebenen Dampftafeln.<br />
Die Umgebungstemperatur beträgt �am=25°C.<br />
p 5 =p 4<br />
.<br />
Q 45
a) Stellen Sie den Prozess mit allen Zustandspunkten qualitativ in einem T,s-Diagramm dar.<br />
Bestimmen Sie<br />
b) den von der Kältemaschine aufgenommenen Wärmestrom Q81 �<br />
c) den Massenstrom m� HD <strong>und</strong> die Verdichterleistung PHD<br />
d) die Leistungszahl (Kältezahl) �KM der Kältemaschine sowie den exergetischen Wirkungsgrad<br />
�<br />
ex,<br />
KM<br />
Exergiestromänderung �Pex<br />
�<br />
zugeführte Leistung<br />
e) den durch die Drosselung 7-8 verursachten Exergieverluststrom.<br />
Stoffwerte von Ammoniak (NH3)<br />
- Zustandsgrößen von Ammoniak bei Sättigungszustand (Drucktafel)<br />
p �� h´ h" s´ s"<br />
in bar in °C in kJ/kg in kJ/kg in kJ/(kg K) in kJ/(kg K)<br />
1,51 -25,00 86,01 1430,65 0,5641 5,9827<br />
4,20 -0,59 197,27 1461,60 0,9901 5,6288<br />
11,67 30,00 341,76 1486,17 1,4881 5,2631<br />
- Zustandsgrößen <strong>für</strong> überhitzten Ammoniakdampf<br />
p �� h s<br />
in bar in °C in kJ/kg in kJ/(kg K)<br />
50,0 1585,72 6,0473<br />
4,20 60,0 1609,01 6,1182<br />
70,0 1632,18 6,1868<br />
65,0 1587,79 5,5810<br />
66,0 1590,47 5,5889<br />
67,0 1593,13 5,5968<br />
68,0 1595,79 5,6046<br />
69,0 1598,44 5,6123<br />
70,0 1601,09 5,6200<br />
71,0 1603,73 5,6288<br />
11,67 72,0 1606,36 5,6354<br />
73,0 1608,99 5,6430<br />
74,0 1611,60 5,6505<br />
75,0 1614,22 5,6588<br />
76,0 1616,83 5,6655<br />
77,0 1619,43 5,6730<br />
78,0 1622,02 5,6804<br />
79,0 1624,62 5,6877<br />
80,0 1627,20 5,6951<br />
, 81
Aufgabe 4 (13 Punkte)<br />
In einem Labor arbeiten Wissenschaftler, welche beim Experimentieren einen Wasserdampfstrom<br />
von m� W = 828 g/h (Wasserdampf bei 37 °C) <strong>und</strong> einen Wärmestrom von QW � = 160 W an die<br />
Laborluft abgeben. Zudem nimmt die Laborluft infolge von exothermen Experimenten einen<br />
Wärmestrom von QE � = 200 W auf. Dem Labor wird Luft vom Zustand 1 (�1 = 22 °C, �1 = 0,5)<br />
entnommen <strong>und</strong> diese durch eine Klimaanlage aufbereitet. Die Klimaanlage hat die Aufgabe die<br />
Luftbedingungen im Labor konstant zu halten <strong>und</strong> arbeitet bei einem konstanten Druck von<br />
pG= 1 bar nach dem folgendem Schema:<br />
m�<br />
K<br />
�3<br />
� 7�C<br />
gerade gesättigt<br />
Q �<br />
K<br />
3<br />
m� l,<br />
U<br />
2<br />
WÜ<br />
4<br />
MK<br />
1<br />
�1<br />
� 22�C<br />
� � 0,5<br />
1<br />
m� l,<br />
M<br />
5<br />
m� l,<br />
S<br />
m� l,<br />
U<br />
1 �1<br />
� 22�C<br />
� � 0,5<br />
Wissenschaftler<br />
m� W � 828 g/h<br />
Q� W � 160 W<br />
1<br />
Experimente<br />
Q� E � 200 W<br />
Labor<br />
An zwei Stellen verlassen die Luftströme (Massenströme trockener Luft) m� l, M <strong>und</strong> m� l,U vom<br />
Zustand 1 das Labor. Der Umluftstrom m � l,U � m�<br />
l,S / 3 kühlt sich zunächst im nach außen hin<br />
adiabaten Wärmeübertrager (WÜ) ab, wobei im Zustand 2 ungesättigte feuchte Luft vorliegt. Der<br />
Wärmeübertrager (WÜ) hat ein Temperaturverhältnis von �WÜ= (�4-�3) / (�1-�3) = 0,787.<br />
Luft vom Zustand 2 wird anschließend durch Abfuhr des Wärmestroms QK � weiter abgekühlt,<br />
wobei der Wassermassenstrom m� K auskondensiert. Im Zustand 3 ist die Umluft gerade gesättigt<br />
(�3=1) <strong>und</strong> hat eine Temperatur von �3 = 7 °C. Über den Wärmeübertrager (WÜ) gelangt der<br />
Umluftstrom m� l,U in die adiabate Mischkammer (MK), in der dieser mit dem Zumischluftstrom<br />
m� l, M zum Gesamtluftstrom m� l,S des Zustandes 5 vermischt <strong>und</strong> dem Labor zugeführt wird.<br />
Vereinfachung: - Innerhalb der Klimaanlage treten keine Druckunterschiede auf.<br />
- Änderungen von potentiellen <strong>und</strong> kinetischen Energien sind zu vernachlässigen.<br />
- Die Enthalpie des Kondensatmassenstroms m� K kann vernachlässigt werden.<br />
Stoffwerte: - Verdampfungsenthalpie des Wassers bei 0°C: �hv=2500 kJ/kg<br />
- spezifische Wärmekapazität des Wasserdampfs: cp,D=1,86 kJ/(kg K)<br />
a) Skizzieren Sie die Zustandsänderungen der Luft in einem hG/l, x-Diagramm.<br />
Berechnen Sie<br />
b) den Wassergehalt x1 <strong>und</strong> die Enthalpie hG/l,1 der aus dem Labor abgesaugten Luft<br />
c) den Wassergehalt x5 sowie den Luftmassenstrom m� l,S , der dem Labor zugeführt werden muss<br />
d) die Temperatur �5 des Luftstroms m� l,S nach der Mischkammer<br />
e) den Wärmestrom QK � .
Werte von feuchter Luft bei Sättigung (pG= 1 bar)<br />
-1,80<br />
2,107<br />
3,376<br />
-7<br />
2,78<br />
2,729<br />
4,368<br />
-4<br />
22,85<br />
6,290<br />
10,012<br />
7<br />
20,77<br />
5,868<br />
9,346<br />
6<br />
18,76<br />
5,471<br />
8,719<br />
5<br />
16,81<br />
5,097<br />
8,129<br />
4<br />
14,91<br />
4,747<br />
7,575<br />
3<br />
13,08<br />
4,419<br />
7,054<br />
2<br />
11,29<br />
4,111<br />
6,566<br />
1<br />
9,56<br />
3,822<br />
6,107<br />
0<br />
7,78<br />
3,516<br />
5,621<br />
-1<br />
6,06<br />
3,234<br />
5,172<br />
-2<br />
4,4<br />
2,971<br />
4,754<br />
-3<br />
1,21<br />
2,504<br />
4,010<br />
-5<br />
-0,31<br />
2,298<br />
3,681<br />
-6<br />
-3,25<br />
1,930<br />
3,094<br />
-8<br />
-4,66<br />
1,767<br />
2,833<br />
-9<br />
-6,04<br />
1,618<br />
2,594<br />
-10<br />
-7,39<br />
1,479<br />
2,373<br />
-11<br />
h G/l ‘ /kJ/kg<br />
x‘ g/kg<br />
p‘/mbar<br />
��/ o C<br />
-1,80<br />
2,107<br />
3,376<br />
-7<br />
2,78<br />
2,729<br />
4,368<br />
-4<br />
22,85<br />
6,290<br />
10,012<br />
7<br />
20,77<br />
5,868<br />
9,346<br />
6<br />
18,76<br />
5,471<br />
8,719<br />
5<br />
16,81<br />
5,097<br />
8,129<br />
4<br />
14,91<br />
4,747<br />
7,575<br />
3<br />
13,08<br />
4,419<br />
7,054<br />
2<br />
11,29<br />
4,111<br />
6,566<br />
1<br />
9,56<br />
3,822<br />
6,107<br />
0<br />
7,78<br />
3,516<br />
5,621<br />
-1<br />
6,06<br />
3,234<br />
5,172<br />
-2<br />
4,4<br />
2,971<br />
4,754<br />
-3<br />
1,21<br />
2,504<br />
4,010<br />
-5<br />
-0,31<br />
2,298<br />
3,681<br />
-6<br />
-3,25<br />
1,930<br />
3,094<br />
-8<br />
-4,66<br />
1,767<br />
2,833<br />
-9<br />
-6,04<br />
1,618<br />
2,594<br />
-10<br />
-7,39<br />
1,479<br />
2,373<br />
-11<br />
h G/l ‘ /kJ/kg<br />
x‘ g/kg<br />
p‘/mbar<br />
��/ o C<br />
34,37<br />
8,841<br />
14,015<br />
12<br />
42,35<br />
10,78<br />
17,041<br />
15<br />
81,28<br />
21,63<br />
33,60<br />
26<br />
76,95<br />
20,34<br />
31,66<br />
25<br />
72,81<br />
19,12<br />
29,82<br />
24<br />
68,84<br />
17,97<br />
28,08<br />
23<br />
65,03<br />
16,88<br />
26,42<br />
22<br />
61,38<br />
15,85<br />
24,86<br />
21<br />
57,88<br />
14,88<br />
23,37<br />
20<br />
54,52<br />
13,97<br />
21,96<br />
19<br />
51,30<br />
13,10<br />
20,63<br />
18<br />
48,20<br />
12,28<br />
19,364<br />
17<br />
45,22<br />
11,51<br />
18,170<br />
16<br />
39,59<br />
10,10<br />
15,974<br />
14<br />
36,93<br />
9,450<br />
14,967<br />
13<br />
31,90<br />
8,267<br />
13,118<br />
11<br />
29,52<br />
7,727<br />
12,271<br />
10<br />
27,22<br />
7,219<br />
11,473<br />
9<br />
25,00<br />
6,740<br />
10,721<br />
8<br />
h G/l ‘ /kJ/kg<br />
x‘ g/kg<br />
p‘/mbar<br />
��/ o C<br />
34,37<br />
8,841<br />
14,015<br />
12<br />
42,35<br />
10,78<br />
17,041<br />
15<br />
81,28<br />
21,63<br />
33,60<br />
26<br />
76,95<br />
20,34<br />
31,66<br />
25<br />
72,81<br />
19,12<br />
29,82<br />
24<br />
68,84<br />
17,97<br />
28,08<br />
23<br />
65,03<br />
16,88<br />
26,42<br />
22<br />
61,38<br />
15,85<br />
24,86<br />
21<br />
57,88<br />
14,88<br />
23,37<br />
20<br />
54,52<br />
13,97<br />
21,96<br />
19<br />
51,30<br />
13,10<br />
20,63<br />
18<br />
48,20<br />
12,28<br />
19,364<br />
17<br />
45,22<br />
11,51<br />
18,170<br />
16<br />
39,59<br />
10,10<br />
15,974<br />
14<br />
36,93<br />
9,450<br />
14,967<br />
13<br />
31,90<br />
8,267<br />
13,118<br />
11<br />
29,52<br />
7,727<br />
12,271<br />
10<br />
27,22<br />
7,219<br />
11,473<br />
9<br />
25,00<br />
6,740<br />
10,721<br />
8<br />
h G/l ‘ /kJ/kg<br />
x‘ g/kg<br />
p‘/mbar<br />
��/ o C<br />
106,0<br />
29,25<br />
44,91<br />
31<br />
123,8<br />
34,94<br />
53,18<br />
34<br />
215,6<br />
65,91<br />
95,82<br />
45<br />
205,1<br />
62,27<br />
91,00<br />
44<br />
195,1<br />
58,81<br />
86,39<br />
43<br />
185,5<br />
55,55<br />
81,98<br />
42<br />
176,4<br />
52,45<br />
77,77<br />
41<br />
167,8<br />
49,52<br />
73,75<br />
40<br />
159,6<br />
46,75<br />
69,91<br />
39<br />
151,7<br />
44,12<br />
66,24<br />
38<br />
144,2<br />
41,64<br />
62,74<br />
37<br />
137,1<br />
39,28<br />
59,40<br />
36<br />
130,3<br />
37,05<br />
56,22<br />
35<br />
117,6<br />
32,94<br />
50,29<br />
33<br />
111,7<br />
31,04<br />
47,54<br />
32<br />
100,6<br />
27,55<br />
42,42<br />
30<br />
95,45<br />
25,94<br />
40,04<br />
29<br />
90,52<br />
24,42<br />
37,79<br />
28<br />
85,80<br />
22,99<br />
35,64<br />
27<br />
h G/l ‘ kJ/kg<br />
x‘<br />
p‘/mbar<br />
��/ o C<br />
106,0<br />
29,25<br />
44,91<br />
31<br />
123,8<br />
34,94<br />
53,18<br />
34<br />
215,6<br />
65,91<br />
95,82<br />
45<br />
205,1<br />
62,27<br />
91,00<br />
44<br />
195,1<br />
58,81<br />
86,39<br />
43<br />
185,5<br />
55,55<br />
81,98<br />
42<br />
176,4<br />
52,45<br />
77,77<br />
41<br />
167,8<br />
49,52<br />
73,75<br />
40<br />
159,6<br />
46,75<br />
69,91<br />
39<br />
151,7<br />
44,12<br />
66,24<br />
38<br />
144,2<br />
41,64<br />
62,74<br />
37<br />
137,1<br />
39,28<br />
59,40<br />
36<br />
130,3<br />
37,05<br />
56,22<br />
35<br />
117,6<br />
32,94<br />
50,29<br />
33<br />
111,7<br />
31,04<br />
47,54<br />
32<br />
100,6<br />
27,55<br />
42,42<br />
30<br />
95,45<br />
25,94<br />
40,04<br />
29<br />
90,52<br />
24,42<br />
37,79<br />
28<br />
85,80<br />
22,99<br />
35,64<br />
27<br />
h G/l ‘ kJ/kg<br />
x‘<br />
p‘/mbar<br />
��/ o C
Aufgabe 5 (8 Punkte)<br />
5.1 Zur Erzeugung von m� L = 10 -4 kg/s synthetischer Luft <strong>für</strong> Tauchvorgänge vom Zustand 5<br />
(p5 = 1 bar) bestehend aus 65 Vol-% Stickstoff <strong>und</strong> 35 Vol-% Sauerstoff werden die<br />
Gasströme m� N 2 (Zustand 1, �1 = 45°C) <strong>und</strong> m� O2<br />
(Zustand 2, �2 = 25°C) über Druckminder-<br />
Ventile jeweils isenthalp auf p3 = p4 = 1 bar gedrosselt <strong>und</strong> anschließend adiabat gemischt.<br />
Gegeben:<br />
- Änderungen von kinetischen <strong>und</strong> potentiellen Energien sind nicht zu berücksichtigen.<br />
- Universelle Gaskonstante: Rm=8,314 kJ/(kmol K).<br />
- Stoffwerte: Stickstoff N2 (ideales Gas, cp,N2 = 1,038 kJ/(kg K), MN2 = 28 kg/kmol)<br />
Sauerstoff O2 (ideales Gas, cp,O2 = 0,9175 kJ/(kg K), MO2 = 32 kg/kmol)<br />
N2 1<br />
O2 2<br />
� 1= 45°C<br />
� 2= 25°C<br />
.<br />
mN2 .<br />
m O2<br />
Drossel<br />
Drossel<br />
p3=1 bar<br />
3<br />
p4=1 bar<br />
4<br />
Mischer<br />
5<br />
p 5 = 1 bar<br />
mL= 10-4 .<br />
kg/s<br />
Wie viel Liter pro St<strong>und</strong>e ( VL, 5<br />
� ) ist von der synthetischen Luft im Zustand 5 verfügbar?<br />
5.2 Acetylen (C2H2) von 25 °C wird stöchiometrisch (�= 1) mit Luft von 25 °C verbrannt. Das<br />
Abgas setzt sich aus den Komponenten Wasser (H2O), Kohlendioxid (CO2) <strong>und</strong> Stickstoff<br />
(N2) zusammen.<br />
Gegebene Daten: Luftzusammensetzung (Angaben in Vol-%): 20 % O2; 80 % N2<br />
Molmassen: MH20 = 18 kg/kmol, MCO2 = 44 kg/kmol, MN2 = 28 kg/kmol,<br />
MO2 = 32 kg/kmol, MC2H2 = 26 kg/kmol<br />
Bestimmen Sie die Mindestluftmenge Lmin=(kg Luft) / (kg Acetylen), welche zur<br />
vollständigen stöchiometrischen Verbrennung von 1 kg Acetylen erforderlich ist.