0Zadania z termodynamiki procesowej i technicznej dla II r. kier.

Inżynieria chemiczna i procesowa. Semestr jesienny 2013/14.

Zestaw IV

Zad. IV-1.

Silnik cieplny, którego czynnikiem roboczym jest powietrze, pracuje zgodnie z

obiegiem Carnota między temperaturami 200 ºC i 50 ºC. Zużywa on ciepło w ilości
600 kJ/cykl. Traktując powietrze jak gaz doskonały należy obliczyć:

a. Sprawność silnika,
b. Ciepło odprowadzane w ciągu jednego cyklu do chłodnicy,
c. Pracę jaką może wykonać silnik w ciągu jednego cyklu.

Odp.: η = 32.7 %, Q

d

= 409.8 kJ/cykl, W = 190.2 kJ/cykl

Zad. IV-2.

W silniku Carnota użyto gazu doskonałego (wykładnik adiabaty γ=1.6), który

jest rozprężany adiabatycznie od objętości początkowej 2.5 m

3

do objętości końcowej

4 m

3

. Obliczyć sprawność tego silnika.

Odp.: η = 24.58 %

Zad. IV-3.

Sprawność silnikowego obiegu Carnota, którego czynnikiem roboczym jest

powietrze traktowane jak dwuatomowy gaz doskonały, wynosi 55 %. Temperatura
początkowa powietrza jest równa 600 ºC. Początkowe ciśnienie wynosi 5 MPa.
Pierwszą przemianą jest rozprężanie izotermiczne do ciśnienia 1 MPa. Obliczyć
wszystkie parametry (temperatura, ciśnienie i molowa objętość właściwa) we
wszystkich punktach obiegu. Zakładając, że w obiegu bierze udział 5 kg powietrza
obliczyć również dostarczone ciepło, ciepło oddane w chłodnicy i uzyskaną pracę w
jednym cyklu. Obieg naszkicować uwzględniając skalę w układach p – v i T – s.
Przyjąć, że masa molowa gazu wynosi 29 kg/kmol.

Odp.: v

1

=1.452 m

3

/kmol, v

2

=7.2598 m

3

/kmol, t

3

=t

4

=119.77

ºC, p

3

=0.13584 MPa,

v

3

=53.443 m

3

/kmol, p

4

=0.30564 MPa, v

4

=10.6886 m

3

/kmol, Q

g

=2.0145 MJ,

Q

d

=0.90653 MJ, W=1.108 MJ

Zad. IV-4.

Za pomocą powietrza (gaz doskonały) jest realizowany silnik cieplny. Powietrze

o temperaturze początkowej 300 K i ciśnieniu początkowym 5 bar jest ogrzewane
politropowo do temperatury 900 K. Po osiągnięciu tej temperatury następuje
izotermiczne rozprężanie do ciśnienia wyjściowego a następnie politropowe
chłodzenie do temperatury wyjściowej. Powrót do stanu wyjściowego następuje za
pomocą izotermicznego sprężania. Wykładnik politropy wynosi 3. Należy obliczyć
wszystkie brakujące parametry (T, p, v) w poszczególnych punktach zwrotnych cyklu i
zestawić je w tabeli. Dla wszystkich przemian należy obliczyć wielkości właściwe:
ciepło, pracę, pracę techniczną, zmianę energii wewnętrzne, zmianę entalpii i zmianę

entropii. Wyniki zestawić w tabeli. Następnie obliczyć sprawność silnika i porównać ją
ze sprawnością obiegu Carnota pracującego między tymi samymi temperaturami. Na
podstawie wyników naszkicować wykres cyklu w układach p – v i T – s.

Zad. IV-5.

Obieg chłodniczy, w którym czynnikiem roboczym jest gaz doskonały, pracuje

wg lewobieżnego obiegu Carnota. Temperatura zamrażalnika wynosi -15 ºC,
natomiast temperatura chłodnicy 30 ºC. W czasie 3 minut do chłodnicy jest
odprowadzane 600 kJ ciepła. Jaka jest moc silnika wykonującego potrzebną pracę ?
Założyć, że dostarczona energia całkowicie zamienia się w pracę.

Odp.: N = 0.4947 kW