Pismeni dio ispita iz Termodinamike I (Nauke o toplini I) Zagreb, 10. 02. 2005

1. ZADATAK Pri nekom procesu može se 1 kg ugljičnog dioksida dovesti od početnog tlaka 1 bar i volumena 0,909 m3/kg na tlak 20 bar na dva različita načina: 1. izotermnom kompresijom do tlaka 4 bar, a zatim izentropskom kompresijom do zadanog

tlaka. 2. politropski s n = konst. do istog konačnog stanja kao pod 1. Za oba načina izračunati izmijenjene radove i topline! Koji je od navedenih procesa termodinamički povoljniji ako se tijekom obadva procesa koristi isti rashladni spremnik stalne temperature 30 °C? Prikazati oba procesa u zajedničkim vp, i sT , -dijagramima!

2. ZADATAK Posuda volumena 40 litara ispunjena je do polovice vodom okolišne temperature 20 °C. U vodu se uroni 1 kg leda temperature -20 °C i sustav se prepusti samom sebi, dok se u njemu ne uspostavi toplinska ravnoteža. Kakvo je konačno stanje (temperatura) u posudi i koliki gubitak rada nastaje zbog nepovratne izmjene topline, ako je: a) posuda toplinski

izolirana od okoliša, b) posuda neizolirana,

pa je moguća izmjena topline s okolišem?

Specifični toplinski kapacitet leda uzeti 2 kJ/(kgK), specifični toplinski kapacitet vode 4,187 kJ/(kgK) a toplinu taljenja leda 335 kJ/kg.

3. ZADATAK Parni kotao proizvodi 25 t/h vodene pare stanja 50 bar i 450 °C, koja u prvom stupnju turbine ekspandira do tlaka 8 bar. Nakon toga se oduzima 5000 kg/h pare i odvodi u grijalice. Zbog velike duljine cjevovoda od turbine do grijalice, ta para se uslijed trenja prigušuje na 7 bar i s tim stanjem ulazi u grijalicu, gdje potpuno kondenzira, a nastali kondenzat se vraća u kotao. Ostatak pare se ponovo pregrijava uz konstantan tlak 8 bar na 450 °C i zatim u drugom stupnju turbine ekspandira do kondenzatorskog tlaka 0,08 bar i taj se kondenzat vraća u kotao. Kolika je snaga turbine, ukupno dovedena toplina u procesu te odvedena toplina u grijalici i kondenzatoru? Kakvo je stanje pare na ulazu u grijalicu i temperatura u grijalici? Koliko litara u sekundi vode izlazi iz grijalice odnosno iz kondenzatora? Koliki mora biti promjer cijevi kojom se para vodi iz kotla u turbinu, da brzina pare ne bude veća od 20 m/s? Skica procesa u sT , i sh, -dijagramu!

mw

cw

ϑw1

mL, cL, ϑL1

"1"

mw + mL

ϑ2

Q = 0

"2a"

Qok

"2b"

mw + mL

ϑ2 = ϑok

Skica uz zadatak 2