3de bach HI. Thermodynamica. samenvatting. uickprinter Koningstraat Antwerpen ,00

Transcriptie

1 3de bach HI Thermodyamica samevattig Q uickpriter Koigstraat Atwerpe 163 3,00

2 Olie samevattige kope via

3 Thermodyamica Ihoudstafel hadboek H1. Algemee begrippe (BOEK p ) 1. Eehedestelsel 2. Soortelijke warmte 3. Verbradigs- e stookwaarde 4. Redemet 5. Ideale gasse (Boyle-Gay Lussac, Algemee gascostate) 6. Gasmegsels e wet va Dalto 7. Vraagstukke H2. De eerste hoofdwet (BOEK p ) 1. Systeem e omgevig 2. Toestadsgroothede e veraderige 3. Omkeerbare e iet-omkeerbare toestadsveraderige 4. Eerste hoofdwet voor geslote systeme 5. Formulerige va de eerste hoofdwet 6. Samevattig 7. Vraagstukke H3. Toestadsveraderige i geslote systeme (BOEK p ) 1. Wette va Poisso 2. Arbeid e warmte (bij polytropische toestadsveraderige) 3. Bijzodere polytrope: isobaar, isochoor, isotherm, isetroop 4. Arbeid e warmte (bij bijzodere polytrope) 5. Niet-omkeerbare toestadsveraderige 6. Samevattig 7. Vraagstukke H4. Krigprocesse (BOEK p ) 1. Positieve krigprocese 2. Thermisch redemet 3. Arbeidsverhoudig e gemiddelde druk 4. Bijzodere krigprocese 5. Krigprocesse i verbradigsmotore: Otto, Seiliger, Diesel 6. Negatieve krigprocesse (koudefactor) 7. Warmtepomp e warmtefactor 8. Samevattig 9. Vraagstukke H5. Zuigermachies e roterede verdrigermachies NIET KENNEN Samevattig Thermodyamica Dorthe Neefs 1

4 H6. Toestadsveraderige i ope systeme (BOEK p ) 1. Eerste hoofdwet voor ope systeme 2. Roterede stromigsmachies 3. Warmtewisselaars 4. Smore 5. Krigprocesse 6. Samevattig 7. Vraagstukke H7. De tweede hoofdwet (BOEK p ) 1. Formulerig va Kelvi e Clausius 2. Gereduceerde warmte bij omkeerbare processe 3. Gereduceerde warmte bij iet-omkeerbare krigprocesse (ogelijkheid va Clausius) 4. Samevattig 5. Vraagstukke H8. De etropie (BOEK p ) 1. Defiitie etropie 2. Etropieberekeige 3. T-s diagram 4. Etropieveraderige bij iet-omkeerbare toestadsveraderige 5. Samevattig 6. Vraagstukke H9. Toestadsdiagramme (BOEK p ) 1. p-v diagram 2. T-s diagram 3. h-s diagram 4. Gemiddelde temperatuur va warmtetoe- e afvoer 5. Krigprocesse (stoomturbie, koelistallatie) 6. h-x diagram voor vochtige lucht 7. Samevattig 8. Vraagstukke H10. Niet-omkeerbare processe i ope systeme (BOEK p ) 1. Niet-omkeerbare overdracht va mechaische eergie 2. Isetropisch redemet 3. Techische arbeid, wrijvigsarbeid e arbeidsverlies 4. Stoom- e gasturbie 5. Compressor e pomp 6. Straalbuis e diffusor 7. Smore e smoorcalorimeter 8. Iversietemperatuur 9. Samevattig 10. Vraagstukke: NIET KUNNEN H11. Gasturbie-istallaties NIET KENNEN Samevattig Thermodyamica Dorthe Neefs 2

5 H12. Stoomturbie-istallaties NIET KENNEN H13. Koelistallaties NIET KENNEN H14. Exergie e aergie (BOEK p ) 1. Exergie e aergie 2. Exergie va ee warmtehoeveelheid 3. Exergiebeschouwige bij krigprocesse 4. Exergie va ee stromed medium: NIET KENNEN 5. Exergieverlies bij iet-omkeerbare toestadsveraderige: NIET KENNEN 6. Vraagstukke Tabelle (BOEK p ) Register (BOEK p ) Symbole (BOEK p ) Samevattig Thermodyamica Dorthe Neefs 3

6 Thermodyamica ( ) Ileidig: Wat is thermodyamica? - Verbad tusse warmte (therme) e kracht (dyamis) - Modere thermodyamica: eergie e eigeschappe va stoffe iea: iteratioaal eergie-agetschap : dalig i eergievraag eergie-efficiëtie (meer make met mider eergie) - VERBRUIK: trasportsector ( 1 3 ), idustrie (1 3 ), huishoudes (1 3 ) 3 sectore moete tegelijkertijd worde aagepast H1: Algemee begrippe (BOEK p ) Eehedestelsel - SI: Système Iteratioal d Uités - 7 basiseehede: legte (meter: m), massa (kilogram: kg), tijd (secode: s), elektrische stroom (Ampère: A), thermodyamische temperatuur (Kelvi: K), hoeveelheid stof (mol), lichtsterkte (cadela: cd) TEMPERATUUR - Thermisch evewicht: toestad veradert iet meer T A = T B - Thermometer: derde lichaam (uitzettig va kwik is ee maat voor de temperatuur) - T = t (T = absolute temperatuur i K, t = temperatuur i C) - Tripelput va water: put waarbij water i 3 fase bestaat IJSCEL: vloeistof, gas, vast = ulput: T = 273,16 K - 1 K = 1 C (ekel het ulput is verschilled) MASSA & MOLECULES DRUK - Molaire massa M = m (m = massa, = hoeveelheid stof (i kmol)) uit chemische formule e relatieve atoommassa s afleide (molaire groothede zij groothede m.b.t. mol) - Massastroom/massadebiet m (kg/s): massa per tijdseeheid - Volumestroom V - Pascal Pa (N m -2 ) 1 bar = 10 5 Pa p a (p a = 1,013 bar = atmosferische druk) - Absolute druk p p = p a + p ma (p a = atmosferische druk, p ma = maometerdruk) - Vacuüm: (BOEK: figuur 1.1 p. 18) p < p a: p = p a p vac p = p a: 0% vacuüm p = 0: 100% vacuüm (absolute uldruk, volledig vacuüm) VERMOGEN - Eergiehoeveelheid per tijdseeheid P = W (Watt) kwh = eergiehoeveelheid per uur (wordt gebruikt voor leverig va elektrische eergie) - Mechaisch / thermisch / elektrisch vermoge Samevattig Thermodyamica Dorthe Neefs 4

7 VOLUME - Afhakelijk va druk (p) e temperatuur (T) (voor vaste stoffe is deze ivloed te verwaarloze) ormale omstadighede: geormaliseerde druk e temperatuur (T= 0 C / 15 C, p = 1013 mbar, V gas = 1 m 3 = m 3 = m 3 0 = ormaal kubieke meter) - V absolute grootheid (afhakelijk va de toestad) V = f(t, p) VAST: p (rek), T (uitzettig beperkt) VLOEISTOF: osamedrukbaar (p heeft gee ivloed), T (uitzettig) GAS: sterke p,t-relatie GASWETTEN - Soortelijk / specifiek volume = volume per massa-eeheid v = V m = 1 ρ DICHTHEID/DENSITEIT (ρ = reciproke waarde va p) - Soortelijke / volumieke massa ρ (kg/m 3 ) ρ = m V Volume is afhakelijk va p e T, dit geldt ook voor dichtheid - ρ 0 = ormtoestad Afgeleide e samegestelde SI-eehede (BOEK: tabel p. 17) Wet va Newto: F = m a Newto N = kg m/s 2 Toeretal (per miuut) omweteligsfrequetie (aatal omwetelige per secode) Iteratioale voorvoegsels (BOEK: tabel 1.4 p. 18) kwh = Vermoge (kilo Watt) Tijd (uur) = Arbeid Soortelijke warmte - dq = m c dt dq = toe te voere warmte aa ee stof met massa m voor ee temperatuur dt, c = soortelijke warmte per massa-eeheid (afhakelijk va T), dt = veraderig va de temperatuur - GASSEN: c is sterk afhakelijk va de omstadighede bij warmtetoevoer gas i afgeslote ruimte V = costate warmtetoevoer: p, c v gas zet bij warmtetoevoer vrij uit e p = costate (c = c p) c p > c v c p e c v afhakelijk va p e T ( meestal te verwaarloze) k = c p / c v R = c p - c v = gascostate (oafhakelijk va T) GEMIDDELDE SOORTELIJKE WARMTE c 1 2 = 1 t 2 t 1 (c 2t 2 c 1t 1 ) (c 1= gemiddelde c tusse 0 C e t 1, c 2= gemiddelde c tusse 0 C e t 2) Q 1 2 = mc 1 2(t 2 t 1 ) = m(c 2t 2 c 1t 1 ) afleidig zie slides e boek (BOEK p ) (BOEK: tabel 1.5 e figuur 1.2 p ) Kracht, Arbeid e Vermoge - KRACHT: wet va Newto: F = m a Newto N = kg m/s 2 - ARBEID: kracht verplaatsig: W = F x Joule J = N m - VERMOGEN: arbeid per tijdseeheid: P = W Watt W = J/s τ - kwh = Joule = Arbeid = Vermoge Tijd Samevattig Thermodyamica Dorthe Neefs 5

8 Verbradigs- e stookwaarde - Verbradigswaarde va ee vaste of vloeibare stof (H v) = warmtehoeveelheid die vrijkomt bij volledige verbradig va 1 kg bradstof met ibegrip va de codesatiewarmte va de waterdamp die bij verbradig werd gevormd. PROEF: - Stookwaarde (H s) = verbradigswaarde vermiderd met codesatiewarmte va de bij verbradig gevormde waterdamp H s = H v - Q c Redemet - Thermisch redemet: η th = W uttig Q toe = uttige arbeid toegevoegde warmte - Verwarmigsketel (1990: codeserede ketel): η th = Q water (20% à 50%) uttige warmte = Q bradstof toegevoegde warmte η ketel = 95% (i.p.v. 100%) NORM: Q / (m BH v) (hierdoor komt me omogelijk ee redemet hoger da 1 uit!) - Mechaisch redemet: η m = W e = P e (W e = effectieve arbeid, W i = idicateurarbeid) W i P i W e < W i: verschil o.w.v. mechaische wrijvigsverlieze Machie die mechaische arbeid toevoert: η m = W i W e Redemet ooit groter da 1 of 100% Ideale gasse Ideaal gas = gas waarbij molecules ee verwaarloosbaar volume hebbe e gee krachte op elkaar uitoefee (gee drukeffecte door de molecule zelf) Gasfase = verzadigde damp, oververhitte damp e gas (verschillede toestade: gee scherpe gres tusse de toestade) gas / damp fugeert als eergiedrager WET VAN BOYLE GAY LUSSAC ( ekel voor ideale gasse) - Gaswet = voor ee bepaalde hoeveelheid va ee ideaal gas is het product va druk e volume gedeeld door de absolute temperatuur costat Temperatuur steeds i Kelvi - Tusse 2 willekeurige toestade: p 1V 1 T 1 TOESTANDSVERANDERINGEN = p 2V 2 T 2 pv T = C ISOBAAR: p = costate ISOCHOOR: V = costate ISOTHERM: T = costate V T = C p T = C pv = C TOESTANDVERGELIJKING pv = mrt (V = soortelijke warmte, R = specifieke gascostate) i werkelijkheid voldoet gee ekel gas geheel aa de wet (afwijkige kleier aarmate p lager) voor reële gasse die iet voldoe, worde toestadsvergelijkige opgesteld Samevattig Thermodyamica Dorthe Neefs 6

9 ALGEMENE GASCONSTANTE - pv = mrt pv pv = MR (WET VAN AVOGADRO: = costate, geldt voor elk ideaal gas) T T - R a = MR = algemee / absolute / molaire gascostate R a = 8315 J/(kmol K) - pv = R a T deze toestadsveraderig is oafhakelijk va de aard va het gas - Elk ideaal gas heeft ee volume va 22,4 m 3 / kmol (NORM V m bij p = 1,013 bar e T = 273K) Gasmegsel Diffusie: gasse kue makkelijk e i iedere verhoudig met elkaar worde gemegd aaame: homogee megsel va ideale gasse WET VAN DALTON: druk p die gasmegsel i ee ruimte met volume V uitoefet, is de som va de partiële drukke (p i = partiële druk = druk voor elke compoet afzoderlijk uitgeoefed) p = p i i=1 T e V va elke compoet zij gelijk aa die va het megsel V = i=1 V i T = costate e samedrukke: volume va ee gasmegsel is som va de volumia va de compoete bij druk p e temperatuur T samestellig gebeurt door volume-/massaverhoudige Partieeldruk = druk die compoet zou aaeme als gas zich allee i V bevidt, op eezelfde T als het megsel VOLUME- EN MASSAVERHOUDING (BOEK: p ) p i = p : volumeverhoudig (verhoudig va de partiële drukke) V i V Massafractie ( m i m ) Volumefractie (V i V ) GASCONSTANTE VAN EEN GASMENGSEL (rekee met megsels) m i R m i R m = i=1 (gascostate va elke compoet vermeigvuldige met wegigscompoet) DICHTHEID VAN EEN GASMENGSEL ρ m = i=1 V i V ρ i SOORTELIJKE WARMTE VAN EEN GASMENGSEL m i c m i c m = i=1 (massafractie: per kg) c m = V i i=1 (volumefractie: per J/m 3 K) V c i Compressie = samedrukke / kleier make Expasie = uitzettig / uitbreidig Samevattig Thermodyamica Dorthe Neefs 7