Gazownictwo

1. Podstawy fizyki

Układy jednostek SI, krotności, jednostki anglosaskie. Przeliczanie

temperatury, ciśnienia, masy, objętości, wydatku masowego i

objętościowego. Praca, moc, energia, ciepło właściwe

Gazownictwo

Krotności potęgi

Wielokrotność

Przedrostek

Skrót

10

12

tera

T

10

9

giga

G

10

6

mega

M

10

3

kilo

k

10

2

hekto

h

10

1

deka

da

10

0

--

--

10

-1

decy

d

10

-2

centy

c

10

-3

mili

m

10

-6

mikro

µ

10

-9

nano

n

10

-12

piko

p

Gazownictwo

Uwaga!

Potęga

SI

ShortScale

(USA+ przemysł Oil&Gas)

LongScale

(Europa, Oil&Gas - Polska)

10

6

M (mega)

milion

milion (mln)

10

9

G (giga)

billion (B)

miliard (mld)

10

12

T (tera)

trillion (T)

bilion (bln)

10

15

P (peta)

quadrillion

biliard

10

18

E (eksa)

quintillion

trilion

Gazownictwo

Rys. 1. Źródło: Gas Research Institut, 1996
Zasoby CBM w N.App. 61 Tcf =

1,83 T m

3

Gazownictwo

Rys. 2. Źródło: Kędzior 2007, za Scott 2002; Przegląd Geologiczny, 2007
Zasoby CBM w N.App.

1,77 bln m

3

Gazownictwo

Specyficzne anglosaskie jednostki wydobycia, nakładów finansowych
(często stosowane w art. naukowych SPE)

Mscfd =10

3

scf

/

d (Uwaga, tutaj M = 1000, mille (łac.))

MMbbl= 10

6

bbl (1000x1000, MxM)

MM$ = 10

6

$

Proszę przeczytać

http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_cubic_foot

http://en.wikipedia.org/wiki/Long_scale

http://www.spe.org/authors/docs/metric_standard.pdf

Wyjaśnienie short, long scale, jednostek M, MM itp.

Gazownictwo

Długość, objętość

Jednostka długości SI = 1m
1 ft (foot) = 0,3048 m

1 cf (cubic foot) = 0,3048

3

= 0,02831 m

3

(scf – standardowa stopa sześcienna => analogia m

3

 m

n

3

)

1 in (inch) = 2,54cm
bbl = 0,159 m

3

Gazownictwo

Masa ilość substancji, gęstość

Masa
Układ SI = 1 kg
1 t (tona) = 1000 kg (ostatnio popularne 1Mg)
1lb (pound) = 0,4536 kg

Ilość substancji
mol, kmol
Masa cz. (M) CH

4

= 16 kmol/kg

Ilość moli n = M*m

Gęstość = masa zawarta w objętości
ρ = m/V [kg/m

3

]

Gazownictwo

Natężenie przepływu

Masowe (przepływ masy w czasie)
Q

m

= Δm/Δt [kg/s]

Objętościowe (przepływ objętości w czasie)
Q

V

= ΔV/Δt [m

3

/s]

Zauważamy, że
Q

V

= v*A

v – prędkość przepływu [m/s]
A – pole przekroju kanału [m

2

]

oraz
Q

m

= ρ* Q

V

Gazownictwo

Zadanie
Gaz o gęstości 0,7 kg/m3, przepływa przewodem 2” ze stałą prędkością 53 ft/min.
Oblicz strumień masowy [kg/s oraz lb/h] i objętościowy [dm3/min] przepływającego
gazu.

Gazownictwo

Rozwiązanie

Gazownictwo

Zadanie
Jaka musi być średnica tego przewodu, by prędkość wzrosła do 1 m/s

Gazownictwo

Rozwiązanie

Gazownictwo

Temperatura

Gazownictwo

Temperatura

Gazownictwo

Zadanie

Temperatura zera bezwzględnego wynosi 0K, ile to stopni C, F, R

Gazownictwo

Odpowiedz.
T

F

= - 459.67 [

°F]

T

C

= - 273.15[

°C]

T

R

= 0 [

°R]

Gazownictwo

Zadanie
Temperatura ludzkiego ciała wynosi 36.6 [°C]. Ile to R, K, F

Gazownictwo

Odpowiedz.
T

K

= 309,75 [K]

T

F

= 97,88 [°F]

T

R

= 557,55 [°R]

Gazownictwo

Ciśnienie

Ciśnienie bezwzględne p (absolutne) – intensywny parametr stanu, podany jako
wielkość bezwzględna – jest to ciśnienie, jakie wskazywałby manometr, gdyby poza
nim panowała pr

óżnia

Gazownictwo

Ciśnienie


1 at = 98066,5 Pa = 0,098066 MPa
1 atm = 101325 Pa (760 mm Hg) = 0,101325 MPa
1Tr = 1mmHg = 133.32Pa = 13.595mmH

2

O

1 bar =10

5

Pa = 0,1 MPa

1 psi (pound force per square inch) = 6895 Pa

Ciśnienie słupa cieczy można wyrazić:
p = ρ*g*h [Pa = N/m

2

]

g = 9,81 [m/s

2

= N/kg]

h – wysokość słupa cieczy [m]

Gazownictwo

Zadanie

1 atm = 760 mm Hg, jaką gęstość ma rtęć?

Gazownictwo

Rozwiązanie

Gazownictwo

Praca, moc, energia, ciepło

Praca (Work, Labor) – iloczyn siły i drogi na jakiej siła działa
W = F*s*cos(F,s) [J = N*m]

1KM = 0.735kW , (KM – koń mechaniczny)

Energia (Energy), Ciepło [J]
1cal = 4,1868 J
1BTU = 1055J , (BTU – British Thermal Unit)

Moc (Power) – szybkość wykonania pracy, przekazania energii
P = W/t

[Wat (W) = J/s]

Wniosek => energię można wyrazić, jako iloczyn mocy i czasu
1kWh = (1000*60*60 [W*s]) = 3.6

⋅

10

6

J

Gazownictwo

Zadanie

Wartość opałowa węgla wynosi 20 MJ/kg. Ile uzyskamy energii ze spalenia 350 cf
węgla o ρ = 1500 kg/m3 (kcal, J, kWh).

Gazownictwo

Rozwiązanie

Gazownictwo

Zadanie

Q = m*C

p

* ΔT

O ile podniesie się temperatura 9 912 550 [dm

3

] wody po dostarczeniu 71*10^6 kcal

energii w postaci ciepła, jeżeli C

p

= 4190 [J/kg*K], ρ = 1,03 [kg/dm

3

]

Zadanie
Ile będzie wynosić temperatura wody, jeżeli t

0

= 12°C,

Gazownictwo

Rozwiązanie

Gazownictwo

Zadanie

Ile potrzeba energii, by podgrzać 1g wody o 1°C, C

p

= 4190 [J/kg*K],

Gazownictwo

Rozwiązanie

(definicja kalorii)

(tyle energii trzeba dostarczyć 1g wody by podgrzać ją od 14,5C do 15,5C, w innych przedziałach wynik nieznacznie się różni, bo Cp = f(T) )

Gazownictwo

Zadanie

Ile potrzeba energii, by podgrzać 1 lb wody o 1°F,

Gazownictwo

Rozwiązanie

(definicja BTu)

(tyle energii trzeba dostarczyć 1g wody by podgrzać ją od 63F do 64F, w innych przedziałach wynik nieznacznie się różni, bo Cp = f(T) )

Gazownictwo

Sprawność procesu (ogólnie) η [-]
Iloraz energii wytworzonej i energii dostarczonej
wielkość fizyczna określająca w jakim stopniu urządzenie, organizm lub proces
przekształca energię występującą w jednej postaci w energię w innej postaci

η = E

wyt.

/E

dost.

Gazownictwo

Zadanie

Sprawność elektrowni węglowej wynosi 26%. Ile trzeba spalić ton węgla
kamiennego, o wartości opałowej 20 MJ/kg, aby uzyskać 2,5 TJ energii
elektrycznej?

Gazownictwo

Rozwiązanie

Gazownictwo

Zadanie

Sprawność czajnika elektrycznego wynosi 80%. Ile pobierze energii, podgrzewając
1L

wody z 20C do 95C. C

p

=4189 J/kgK, ρ = 998 kg/m

3

. Ile potrwa podgrzanie

wody, jeżeli jego moc = 0.85 kW

Gazownictwo

Rozwiązanie

Gazownictwo

Zadanie

Cena importu gazu do Polski (wartość opałowa 35,5 MJ/m

3

) wynosi 360$ za 1000 m3

Cena gazu w USA = 3$ za milion BTu

Ile konsument płaci za 1GJ, 1kWh energii w Polsce i w USA, $ = 3,2 PLN

Różnice między wartością opałową, ciepłem spalania, liczbę Wobbego oraz podział paliw gazowych ze
względu na w/w kryteria poznamy na kolejnych zajęciach

Gazownictwo

Rozwiązanie