Thermodynamica - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN.doc 1/7

Transcriptie

1 VAK: Thermodynamica A Set Proeftoets AT01 Thermodynamica - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN.doc 1/7

2 DIT EERST LEZEN EN VOORZIEN VAN NAAM EN LEERLINGNUMMER! Beschikbare tijd: 100 minuten Uw naam:... Klas:... Leerlingnummer: Instructies voor het invullen van het antwoordblad. 1. Dit tentamen bestaat uit 8 opgaven. 2. De antwoorden schrijft u op de door de school te verstrekken antwoordformulieren. 3. Noteer op alle antwoordformulieren uw Naam, de Klas, het Vak, de Periode en de Set. 4. Beantwoord de vragen zo volledig mogelijk. Vermeld bij rekenopgaven de berekening op de antwoordformulieren. 5. U mag tijdens het tentamen gebruik maken van: Een tabellenboek, zonder aantekeningen; Formuleblad Rekenmachine Stoomtabel h s diagram (Mollier diagram) 6. Direct na afloop van het tentamen levert u alle formulieren (vragenformulier, antwoordbladen en kladpapier) in bij de docent(e). 7. Puntenverdeling SOM Cijfer Aantal punten 1 9 Vastgesteld dd. Veel succes! Thermodynamica - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN.doc 2/7

3 Thermodynamica - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN.doc 3/7

4 VAK: Thermodynamica A Set AT Thermodynamica hoofdstuk 9 10 Bij het opvullen van een zogenaamde weerballon, welke tot op zeer grote hoogte wordt opgelaten, dient men er aan te denken dat de druk in de ballon zal dalen, naarmate de ballon hoger in de atmosfeer terecht komt. Dit omdat de temperatuur zal dalen. Aan de andere kant dient bedacht te worden dat de druk van de omringende lucht zal dalen waardoor het gas in de ballon zal expanderen. Het oplaten van een weerballon ten behoeve van meteorologische voorspellingen Gesteld nu dat 10 mol Helium in een ballon wordt gestopt en waarbij gegeven is dat de ballon kan zwellen tot een volume van 5000 liter. Op het moment van oplaten bezit de ballon nog niet zijn maximale volume wat veroorzaakt wordt door de relatief grote druk (ongeveer 1 bar) welke op (ongeveer) zeeniveau heerst en indien vergeleken met de lage druk welke heerst op (grotere) hoogte. Bereken de druk welke in de ballon heerst op het moment dat het volume van de ballon juist de waarde van 5000 liter heeft bereikt en waarbij de temperatuur van het helium is gedaald tot 10 C. 2. Stoomtechniek De stoomcondities voor een turbine bedragen: Druk van de verse stoom = 140 bar en temperatuur van de verse stoom = 540 C. Deze stoom expandeert naar een druk van 0,05 bar en heeft dan een dampgehalte van x = 86 %. Maak binnen dit vraagstuk uitsluitend gebruik van de stoomtabel en verklaar de handelswijze bij het uitwerken van de volgende vragen: Thermodynamica - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN.doc 4/7

5 a. Hoe groot is de enthalpie van de verse stoom? b. Hoe groot is de enthalpie van de afgewerkte stoom na de turbine? c. Hoe groot is de warmteval in de turbine? 3. Stoomtechniek In een warmtewisselaar, als weergegeven op onderstaande afbeelding, wordt water verwarmd door middel van verzadigde stoom. Het condensaat van deze verwarmingsstoom verlaat de warmtewisselaar op de verzadigingstemperatuur van 140 C. De hoeveelheid verwarmingsstoom bedraagt 2 kg/s. Door de warmtewisselaar stroomt 40 kg water per seconde. De intredetemperatuur van dit water bedraagt 10 C. Neem voor de soortelijke warmte van water 4,2 kj/(kg.k) Gevraagd wordt de uittredetemperatuur van het water te berekenen. 4. Stoomtechniek Van een Rankine proces, als weergegeven op onderstaand schema, is gegeven: t p bar ; verse stoom 100 verse stoom C ; p condensor 0, 1 bar Het inwendig rendement van de stoomturbine mag gemakshalve op 100% worden gesteld. Thermodynamica - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN.doc 5/7

6 Schema Rankine proces, met één aftappunt Bepaal het rendement van deze kringloop indien wordt afgetapt op de gunstigste plaats tijdens expansie van de stoom in de turbine. Deze gunstigste plaats bevindt zich juist halverwege de warmteval. Dit punt is nodig om onder andere de aftapdruk te kunnen te bepalen. Ga er van uit dat dit ook de druk in de ontgasser is. Bedenk dat bij een mengvoorwarmer de verwarmingsstoom en het op te warmen condensaat met elkaar gemengd worden. 5. Thermodynamica hoofdstuk 9 10 Een compressor zonder schadelijke ruimte zuigt lucht aan van 1 bar en 290 K. De lucht wordt volgens een adiabaat, n = k = 1.4, gecomprimeerd tot 6 bar. De massa lucht bedraagt 1 kg/s. a. Wat is de eindtemperatuur van de gecomprimeerde lucht b. Bereken het toe te voeren vermogen in kw 6. Thermodynamica hoofdstuk 9 In een vat van 15 m³ bevindt zich een gas dat van 10 tot 92 C wordt verwarmd. Bij dit proces blijft de druk constant dankzij de aanwezigheid van een veiligheid welke op het vat is aangebracht. Hoeveel procent van de oorspronkelijke hoeveelheid gas zal bij het opwarmen via deze veiligheid ontwijken? 7. Thermodynamica hoofdstuk 9 Van lucht is bekend dat dit ten dele bestaat uit stikstof, N 2 en ten dele uit zuurstof, O 2 en wel in de verhouding 77% / 23%, wanneer het volumeprocenten betreft. Bereken de soortelijk massa van lucht onder normale condities ( 1 bar en 273 K) Thermodynamica - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN.doc 6/7

7 Gegeven is nog 8315 J /( kmol K) R m en ook R s Rm n m en waarbij M de molmassa en n is het aantal mol. m n 8. Thermodynamica hoofdstuk 9 In de cilinder van een dieselmotor wordt brandstof verbrand. Het dieselproces, hetgeen in werkelijkheid uit een vloeiend verlopend proces bestaat, kan verdeeld worden in twee aparte natuurkundige processen. Beschouw hiertoe ook onderstaande afbeelding. Hierop is te zien dat ten tijde dat de zuiger van richting omkeert de ontsteking en verbranding van de brandstof intreedt en er sprake is van een isochoor proces. Dit proces verloopt van (2 3). Daarna is er een deel waarbij het restant van de brandstof verbrandt maar waarbij ook de zuiger weer naar het ODP (onderste Dode Punt) beweegt. Hierbij blijft de druk gelijk en is er dus sprake van een isobaar proces. (3 4) De volumetoename van 3 naar 4 bedraagt 30 liter en de (ongewijzigde) druk bedraagt hierbij 45 bar. Bereken de hoeveelheid arbeid welke het gas op de zuiger verricht gedurende dit onderdeel van het expansieproces. Thermodynamica - A - PROEFTOETS- AT01 - OPGAVEN.doc 7/7