z wykorzystaniem regeneracji
(odzysku ciepła)
11.1 Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest rozwiązanie następującego problemu: Pewną ilość cieczy o początkowej temperaturze t0 należy podgrzać w taki sposób, aby każda cząstka cieczy osiągnęła w pewnej chwili zadaną temperaturę t > k t0 . Proces należy tak
zaprojektować, żeby zużyć minimalną ilość ciepła Qmin.
Pytanie 1.
Czy ilość ciepła niezbędna do podgrzania całej ilości cieczy od temperatury t0 do tk jest rozwiązaniem problemu?
Odpowiedź na powyższe pytanie da przeprowadzony eksperyment.
11.2 Opis doświadczenia.
2.1. Do termosu wlewamy 0,87 wody i mierzymy jej temperaturę początkową t0. Na-stępnie podgrzewamy grzałką wodę do temperatury tk = 60°C. W czasie grzania wody mierzymy moc grzałki i czas osiągnięcia temperatury końcowej. Ilość dostarczonego ciepła Q
obliczamy ze wzoru:
Q =P ∆
el t [J]
(1)
2.2. A teraz inaczej. 0,87 wody o temperaturze t0 jak w p. 2.1. dzielimy na dwie równe porcje (po 0,4l). Do termosu wlewamy 0,4l wody i podgrzewamy j ą do temperatury 60°C, mierząc ilość dostarczonego ciepła Q I jak wyżej.
Do drugiego naczynia wlewamy pozostałe 0,47 litra wody o temperaturze t0 i wkłada-my ją do termosu z podgrzaną wodą. Energicznie mieszamy wodę aż do wyrównania się temperatur wody podgrzewanej i gorącej. Mierzymy temperaturę wody w puszce, po czym podgrzewamy ją do temperatury 60°C, mierząc ilość dostarczonego ciepła Q II . Wodę z termosu wylewamy.
11.3 Opracowanie wyników.
3.1. Porównujemy sumaryczne ciepło Q I + Q II z ciepłem Q z eksperymentu w p.2.1. Obliczamy współczynnik regeneracji zdefiniowany wzorem: Q + Q
R
I
II
=1−
(2)
Q
3.2. Pokazać rachunkowo, że przy podziale wody na 4 części i zastosowaniu regeneracji (odzysku ciepła) wg sposobu opisanego w doświadczeniu ilość ciepła potrzebna do zrealizo-wania zadania (pytanie l .) będzie mniejsza niż przy podziale wody na 2 części.
11-
1
Pytanie 2.
Czy eksperyment opisany w p. 2.1. daje odpowiedź na pytanie l?
Pytanie 3.
O czym informuje współczynnik regeneracji?
Uwaga:
Opisana procedura pozwala na zmniejszenie zużycia ciepła np. w procesie pasteryzacji mleka.
11.4 Pytania sprawdzające.
1. Podgrzano izobarycznie o ∆t= 10° odpowiednio 2kg wody i 0,5kg wody. Jaki jest stosunek doprowadzonych ciepeł?
2. Objaśnić na przykładach na czym polega regeneracja ciepła (odzysk).
3. W zbiorniku (izolowanym cieplnie) znajduje się 1000kg wody o temperaturze 50°C . Ile kilogramów wody o temperaturze 20°C można podgrzać do temperatury 30°C używając wody ze zbiornika? Jak to zrobić?
Zgłoszono propozycję wykorzystania entalpii spalin (uchodzących do komina) o temperaturze 200°C przez wbudowanie wymiennika ciepła i ochłodzenie spalin do temperatury 50°C. Opisać ewentualne zalety i wady tego projektu.
11-
2