Warmte- en stromingsleer Examennummer: 93071 Datum: 14 december 2013 Tijd: 13:00 uur - 14:30 uur Dit examen bestaat uit 10 pagina s. De opbouw van het examen is als volgt: 20 meerkeuzevragen (maximaal 40 punten) 5 open vragen (maximaal 60 punten) Als bij een vraag een motivatie of berekening vereist is, worden aan het antwoord geen punten toegekend als deze motivatie of berekening ontbreekt. Geef niet meer antwoorden dan er worden gevraagd. Als er drie redenen worden gevraagd en u geeft er meer dan drie, dan worden alleen de eerste drie in de beoordeling meegeteld. De antwoorden dienen ingevuld te worden op bijgevoegd examenpapier. Schrijf duidelijk leesbaar. Toegestane hulpmiddelen: - Niet-programmeerbare rekenmachine - Bijlage 1 van dit examen, formuleblad 2013 versie 1.2 - Bijlage 2 van dit examen, tabellen 2013 versie 1.0 Wij wensen u veel succes!
Meerkeuzevragen (40 punten) De antwoorden dienen ingevuld te worden op bijgevoegd examenpapier. Vermeld het meest juiste antwoord. Voor een correct antwoord: 2 punt Gebruik de tabellen in bijlage 2 voor de noodzakelijke tabelwaarden. 1. In een pan zonder deksel wordt water gekookt. Wat voor soort proces is dit? a. Adiabatisch proces b. Isobaar proces c. Isochoor proces NCOI Opleidingsgroep 2
2. In onderstaand figuur is een Ts-diagram weergegeven van een kringproces. Welk kringproces behoort bij dit Ts-diagram? a. Het Carnotproces b. Het Ottoproces c. Het Stirlingproces 3. In een luchtbehandelingskast wordt lucht geconditioneerd door de lucht te bevochtigen. De enthalpie van de lucht blijft hierbij gelijk. Wat gebeurt er met de droge bol temperatuur van de lucht? a. De temperatuur blijft gelijk. b. De temperatuur daalt. c. De temperatuur stijgt. 4. Het rendement van een HR-107 cv-ketel is minstens 107%. Dit rendement wordt behaald door de geleverde energie te delen door de stookwaarde van gas. Wat is de stookwaarde van gas? a. De bovenste verbrandingswaarde van standaard aardgas. b. De onderste verbrandingswaarde van standaard aardgas. c. Het verschil in verbrandingswaarde tussen geleverd en nominaal gas. NCOI Opleidingsgroep 3
5. In een isotherm proces wordt het volume twee keer groter gemaakt dan in de uitgangssituatie. Wat gebeurt er met de druk in dit proces? a. De druk blijft gelijk. b. De druk daalt. c. De druk stijgt. 6. Hoeveel soorten warmteoverdracht zijn bekend? a. 2 (radiatie, convectie) b. 3 (radiatie, convectie, conductie) c. 4 (radiatie, convectie, conductie, evaporatie) 7. Een perpetuum mobile is een toestel dat eeuwig kan bewegen zonder toevoeging van energie van buitenaf. Op basis van welke thermodynamische hoofdwet kan een perpetuum mobile niet werken? a. Nulde hoofdwet van de thermodynamica b. Eerste hoofdwet van de thermodynamica c. Tweede hoofdwet van de thermodynamica 8. Een toestandsverandering heeft als polytropisch exponent n=0. Hoe wordt dit proces genoemd? a. Isentroop b. Isobaar c. Isochoor 9. De entropie (S) en de verliezen (W) tijdens energieveranderingen zijn van elkaar afhankelijk. Hoe verhouden deze zich ten opzichte van elkaar? a. ΔS verhoudt zich exponentieel ten opzichte van ΔW. b. ΔS verhoudt zich omgekeerd evenredig ten opzichte van ΔW. c. ΔS verhoudt zich recht evenredig ten opzichte van ΔW. 10. Een stoomturbine wordt gevoed met oververhitte stoom. De massastroom bedraagt 50 kg/s en de oververhitte stoom heeft een temperatuur van 240 C en een enthalpie van 700 kj/kg. De turbine voert natte stoom af naar de condensor met een temperatuur van 80 C en een enthalpie van 280 kj/kg. Het proces in de turbine verloopt isentropisch. Wat is het vermogen van de stoomturbine? a. 7 MW b. 21 MW c. 63 MW 4 NCOI Opleidingsgroep
11. Welke toestandsveranderingen doorloopt een viertaktmotor die volgens het Ottoprincipe werkt? a. Isentroop, isochoor, isentroop en isochoor b. Isotherm, isobaar, isotherm en isobaar c. Polytroop, isochoor, polytroop en isochoor 12. Een stuwmeer is gevuld met 120(hm)³ water. De hoogte van het meer ten opzichte van de turbine is 80m. De turbine heeft een rendement van 68%. Hoeveel energie kan de turbine leveren als het stuwmeer ondertussen niet wordt aangevuld? a. 65.280 kj b. 65.280 MJ c. 65.280 GJ 13. Een ideaal gas bestaat alleen theoretisch. Welke van de volgende stoomcondities benadert het ideale gas het meest? a. Natte stoom b. Oververhitte stoom c. Verzadigde stoom 14. Waarin wordt specifieke volume arbeid uitgedrukt? a. J/kg b. J/kg.m³ c. J/m³ 15. Aan de uitmonding van een straalbuis in een stoomturbine is een snelheid benodigd van 600 m/s. Wat is hiervoor het benodigde (specifieke) enthalpieverschil? a. 60 kj/kg b. 120 kj/kg c. 180 kj/kg 16. Gegeven zijn 2 verwarmingssystemen. Systeem 1 bestaat uit een gasgestookte cv-ketel, met een rendement van 95% op bovenwaarde. Systeem 2 bestaat uit een warmtepomp met een COP van 2. Welk systeem belast het milieu het minst? a. Beide systemen belasten het milieu hetzelfde. b. Systeem 1 belast het milieu het minst. c. Systeem 2 belast het milieu het minst. NCOI Opleidingsgroep 5
17. In een warmtewisselaar wordt warmte uitgewisseld tussen olie en water. De massastroom water bedraagt 10kg/s en het water heeft een temperatuurverschil van 20K. Het isentropisch rendement van de wisselaar bedraagt 90%. Wat is het vermogen dat aan de olie wordt overgedragen? a. 677,2 kw b. 752,4 kw c. 836,0 kw 18. Een driefase elektrisch aangedreven centrifugaalpomp wordt door een elektricien verkeerd aangesloten, zodat de draairichting tegengesteld is aan de ontwerprichting. Wat kan gezegd worden over de werking van de pomp? a. De pomp werkt gewoon, maar met een minder goed rendement. b. De pomp werkt gewoon, maar zal veel meer elektrische energie verbruiken. c. De pomp werkt gewoon, maar zuig- en perszijde zijn verwisseld. 19. Vanaf 1-1-2015 mag een installatie niet meer gevuld worden met R22. Wat is de reden dat R22 niet meer gebruikt mag worden? a. R22 is een HCFK. De chloor in deze verbinding is schadelijk voor de ozonlaag. b. R22 is een HCFK. De fluor in deze verbinding is schadelijk voor de ozonlaag. c. R22 is een HCFK. De halogeen in deze verbinding is schadelijk voor de ozonlaag. 20. Een gas kent een specifieke en een absolute gasconstante. Hoe verschillen deze constanten bij verschillende gassen? a. De specifieke gasconstante is hetzelfde voor elk gas. De absolute gasconstante is voor alle gassen hetzelfde. b. De specifieke gasconstante is hetzelfde voor elk gas. De absolute gasconstante is voor alle gassen wisselend. c. De specifieke gasconstante is wisselend voor elk gas. De absolute gasconstante is voor alle gassen hetzelfde. 6 NCOI Opleidingsgroep
Open vragen (60 punten) De antwoorden dienen ingevuld te worden op bijgevoegd examenpapier. Gebruik de tabellen in bijlage 2 voor de noodzakelijke tabelwaarden. 1. De warmtepomp (totaal 12 punten) In onderstaand schema is het koudemiddelcircuit gegeven van een warmtepomp. De warmtepomp is aangesloten op een aquifer en een vloerverwarmingssysteem in een kantoorgebouw. Hierbij zijn de volgende waarden van toepassing: a. Benoem de componenten 1 t/m 4 van de warmtepomp. (2 punten) b. Wat is het Carnotrendement van deze warmtepomp? (4 punten) c. Wat is het huidige benutte elektrische vermogen? (6 punten) NCOI Opleidingsgroep 7
2. De boiler (totaal 12 punten) In onderstaand schema is een systeem weergegeven waarmee water warm gemaakt kan worden voor een hotel. Het schema bestaat uit een cv-ketel, een platenwisselaar en een voorraadvat. Het voordeel van dit systeem is dat er geen mengtemperatuur in het vat ontstaat en dat de gehele inhoud van het vat nuttig gebruikt kan worden. De cv-ketel heeft een waterzijdig vermogen van 180 kw Het voorraadvat heeft een inhoud van 1m³ en een begintemperatuur van 60 C. Vanaf het voorraadvat lopen leidingen naar de hotelkamers. De hotelkamers zijn voorzien van douchekoppen die elk 6 dm³/min aan water geven. De hotelgasten douchen 10 minuten. Verondersteld mag worden dat de leidingen en pompen verliesvrij zijn. Hierbij zijn de volgende waarden van toepassing: a. Hoeveel hotelgasten kunnen gelijktijdig 10 minuten douchen zonder dat een tekort aan tapwater optreedt? (6 punten) b. Als het voorraadvat leeg is en de gasten douchen niet meer, hoeveel tijd is dan benodigd om het vat te verwarmen naar 60 C? (6 punten) 8 NCOI Opleidingsgroep
3. De vuilniswagen (totaal 12 punten) Verondersteld mag worden dat aardgas zich gedraagt als een ideaal gas en de cilinders geen warmteverlies kennen. a. Bereken de afstand die de vuilniswagen kan afleggen zonder bij te tanken. (6 punten) b. Wat is de temperatuur van de gasflessen wanneer deze leeg zijn? (6 punten) 4. Motor (totaal 12 punten) Gegeven is een motor werkend volgens het Ottoproces zoals weergegeven in de afbeelding. De motor heeft een drukverhouding bij de compressieslag van 20. De begindruk is 2 bar en de eindverbrandingsdruk is 80 bar. Wat is het thermisch rendement van deze motor? NCOI Opleidingsgroep 9
5. Pompen (totaal 12 punten) Een woongebouw is voorzien van een hydrofoorinstallatie. Dat is een pompinstallatie die de standaard druk van het waterleidingnet verhoogt om het water ook op de hoogste verdiepingen te kunnen gebruiken. De pomp wordt aangedreven door een elektromotor met een asvermogen van 1kW. Er wordt maximaal 4kg/s verpompt. De druk in het waterleidingnet is 230 kpa. De druk die bij de kraan over moet blijven is 1 bar. De leidingen zijn verliesvrij en de snelheid in de leidingen is continu. Wat is de maximale hoogte waarop een tappunt zich mag bevinden? 10 NCOI Opleidingsgroep