3
Tecnologia Industrial I Departament de Tecnologia IES Bellvitge Combustibles Av. Amèrica, 99 - 08907 L'Hospitalet de Llobregat Tel 93 335 83 14 - Fax 93 335 32 91 [email protected] - http://tecnobloc.wordpress.com 01. Quin és el rendiment d’un escalfador que consumeix 1 m 3 de gas natural per incrementar en 30 ºC la temperatura de 400 L d’aigua si el poder calorífic del gas natural és de 10.500 kcal/m 3 , la pressió de subministrament és d’1,5 atm i la temperatura ambient és de 30 ºC? Energia a obtenir (calor per escalfar l’aigua): Eu = m H2O · Ce H2O . ΔT = 50.160 kJ Energia que es consumeix (del combustible): Pc = Pc CN · P · T = 14.190,59 kcal/m 3 Ec = v comb · Pc = 59.316,67 kJ Rendiment de l’escalfador: η = Eu / Ec = 85% 02. Calcular el cost d’una dutxa de 10 minuts amb aigua a 35 ºC utilitzant un escalfador que funciona amb butà i té un rendiment del 80%. L’aigua surt de la dutxa a raó de 4 litres/minut i està inicialment a 15 ºC. Dades que cal esbrinar: Poder calorífic del butà: PC = 28.700 kcal/m 3 = 119.966 kJ//m 3 - ρ = 2,6 kg/m 3 Volum de butà que conté una bombona comercial: mbomb = 12,5 kg Cost d’una bombona de butà: p bomb = 10,69 € A la web de Repsol trobareu les dades que necessiteu sobre el butà: http://www.repsol.com/SA/Herramientas/ListadoPreciosButanoPropanoEnvasado/precios.aspx Energia a obtenir (calor per escalfar l’aigua): Eu = m H2O · Ce H2O . ΔT = 3.344 kJ Energia que es consumeix (del combustible): Ec = Eu / η = 4.180 kJ Quantitat de combustible per obtenir aquesta energia: q = Ec / Pc = 1,22·10 -3 kg Preu del combustible consumit: P = (q · p bomb ) / m bomb = 1,04·10 -3 03. Una explotació d’extracció subterrània d’antracita utilitza aquest mateix combustible per alimentar la grua d’elevació del mineral fins a la superfície, la qual rep la força motriu d’una màquina de vapor. Calculeu la massa d’antracita que consumeix aquesta màquina de vapor per elevar, de de 150 m de profunditat, una tona de mineral si el rendiment total del sistema és del 19%. Energia a obtenir (treball per elevar l’antracita): Eu = m·g·h = 1.470 kJ Energia que es consumeix (del combustible): Ec = Eu / η = 7.736,84 kJ Quantitat de combustible per obtenir aquesta energia: q = Ec / Pc = 0,23 kg 04. Un usuari consumeix un promedi de 4 botelles de butà mensuals i decideix contractar gas natural. a. Calcula el volum de gas natural que consumirà mensualment. b. Calcula el preu que ha de pagar per el butà consumit i el que pagarà pel gas natural, suposant el mateix consum energètic. (preus: butà 9,18 €/botella; gas natural 0,50 €/m 3 ) Dades que cal esbrinar: Poder calorífic dels combustibles (en taula annexa) Dades del butà d’una bombona comercial (de l’exercici Q2) Preu del gas natural (darrera factura de gas)

Combustibles. Exercicis resolts

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Combustibles. Exercicis resolts

Tecnologia Industrial I Departament de Tecnologia

IES Bellvitge

Combustibles Av. Amèrica, 99 - 08907 L'Hospitalet de Llobregat

Tel 93 335 83 14 - Fax 93 335 32 91 [email protected] - http://tecnobloc.wordpress.com

01. Quin és el rendiment d’un escalfador que consumeix 1 m3 de gas natural per incrementar en 30 ºC

la temperatura de 400 L d’aigua si el poder calorífic del gas natural és de 10.500 kcal/m3, la pressió de subministrament és d’1,5 atm i la temperatura ambient és de 30 ºC?

Energia a obtenir (calor per escalfar l’aigua): Eu = mH2O · CeH2O . ΔT = 50.160 kJ

Energia que es consumeix (del combustible): Pc = PcCN · P · T = 14.190,59 kcal/m3

Ec = vcomb · Pc = 59.316,67 kJ

Rendiment de l’escalfador: η = Eu / Ec = 85%

02. Calcular el cost d’una dutxa de 10 minuts amb aigua a 35 ºC utilitzant un escalfador que funciona

amb butà i té un rendiment del 80%. L’aigua surt de la dutxa a raó de 4 litres/minut i està inicialment a 15 ºC.

Dades que cal esbrinar:

Poder calorífic del butà: PC = 28.700 kcal/m3 = 119.966 kJ//m3 - ρ = 2,6 kg/m3 Volum de butà que conté una bombona comercial: mbomb = 12,5 kg Cost d’una bombona de butà: pbomb = 10,69 € A la web de Repsol trobareu les dades que necessiteu sobre el butà: http://www.repsol.com/SA/Herramientas/ListadoPreciosButanoPropanoEnvasado/precios.aspx

Energia a obtenir (calor per escalfar l’aigua): Eu = mH2O · CeH2O . ΔT = 3.344 kJ

Energia que es consumeix (del combustible): Ec = Eu / η = 4.180 kJ

Quantitat de combustible per obtenir aquesta energia: q = Ec / Pc = 1,22·10-3 kg

Preu del combustible consumit: P = (q · pbomb) / mbomb = 1,04·10-3 €

03. Una explotació d’extracció subterrània d’antracita utilitza aquest mateix combustible per alimentar

la grua d’elevació del mineral fins a la superfície, la qual rep la força motriu d’una màquina de vapor. Calculeu la massa d’antracita que consumeix aquesta màquina de vapor per elevar, de de 150 m de profunditat, una tona de mineral si el rendiment total del sistema és del 19%.

Energia a obtenir (treball per elevar l’antracita): Eu = m·g·h = 1.470 kJ

Energia que es consumeix (del combustible): Ec = Eu / η = 7.736,84 kJ

Quantitat de combustible per obtenir aquesta energia: q = Ec / Pc = 0,23 kg

04. Un usuari consumeix un promedi de 4 botelles de butà mensuals i decideix contractar gas natural.

a. Calcula el volum de gas natural que consumirà mensualment.

b. Calcula el preu que ha de pagar per el butà consumit i el que pagarà pel gas natural, suposant el mateix consum energètic. (preus: butà 9,18 €/botella; gas natural 0,50 €/m3)

Dades que cal esbrinar:

Poder calorífic dels combustibles (en taula annexa) Dades del butà d’una bombona comercial (de l’exercici Q2) Preu del gas natural (darrera factura de gas)

Page 2: Combustibles. Exercicis resolts

05. Calcula les equivalències següents: 3,5 tec = .......... J 7 tep = .......... MJ 10 kJ = .......... kcal 4 kW·h = .......... cal

1 MW·h = .......... tep

06. Es vol mantenir un local de 750 m3 a 23 ºC durant 12 hores diàries ininterrompudes tots els dies de la semana utilitzant un sistema de calefacció amb gas natural, què costa 0,47 €/m3, i amb un rendiment del 80 %. El local es troba inicialment a 10 ºC, i a travès de les parets i de les finestres es perden 16 kW de calor. Calcular:

a. El cost inicial necessari per escalfar l’aire de l’habitació, sabent que el procés dura una hora.

Energia a obtenir (calor per escalfar l’aire + compensació de pèrdues en 1 h): Eu = (m · Ce . ΔT) + Ep = 57.600 kJ

Energia que es consumeix (del combustible): Ec = Eu / η = 86.805 kJ

Quantitat de combustible per obtenir aquesta energia: q = Ec / Pc = 1,89 m3 Preu del combustible: 0,89 €

b. El cost mensual d’aquest sistema de calefacció. Cost mensual = 0,89 €/h · 24 h/dia · 30 dies/mes = 640,80 €

c. El cost mensual si s’utilitzèssin sistemes elèctrics del mateix rendiment a 0,09 €/kWh Energia consumida en 1 h: Ec = 86.805 kJ = 86.805 kWh Preu d’aquesta energia: 7.812,45 €

07. Calcular la quantitat (m3) de gas ciutat què cal cremar en una coqueria per transformar el carbó

d’hulla en carbó de coc, si calen 2.108 kcal i el rendiment del sistema és del 95%. La pressió de subministrament del gas ciutat és de 2 atm i la temperatura de 30 ºC.

08. Si 1 kg d’urani produeix una energia similar a 200.000 kg de carbó, quantes TEC produirà la fissió

d’1 kg d’urani?

200.000 kg = 200 T de carbó → 1 kg d’urani produexi 200 TEC.

09. Calcular les quantitats de benzina i d’antracita que es necessitarien per generar l’energia produïda

en la desintegració total de 10 g d’urani enriquit.

Energia obtinguda per la desintegració de l’urani: E = m·c2 = 9·1015 J

Quantitat de benzina equivalent (Pc benzina = 46.000 kJ/kg): 195.652.173,9 kg

Quantitat d’antracita equivalent (Pc benzina = 33.440 kJ/kg): 2,69·1011 kg

10. El consum mitjà d’energia a Espanya és de 3,35 TEP per habitant i any. Estimant què el 93%

d’aquesta energia prové de fonts no renovables, calcula el nombre de barrils equivalents de petroli (BEP) que caldríen a l’any per obtenir l’energia procedent de fonts renovables. Dades: 1 TEP = 7,2056 BEP / població = 45 milions d’habitants

Energia de fonts renovables: Er =23,45 TEP · 45.000.000 habitants = 1.055.250.000 TEP

Quantitat de barrils necessaris: 7,2056 BEP/TEP · 1.055.250.000 TEP = 7.603.709.400 BEP

Page 3: Combustibles. Exercicis resolts

ANNEX. Dades físiques d’alguns combustibles Torba pc = 2.000 kcal/kg ρ = 360 kg/m3 Lignit pc = 6.000 kcal/kg ρ = 1.050 kg/m3 Hulla pc = 7.000 kcal/kg ρ = 1.350 kg/m3 Antracita pc = 8.000 kcal/kg ρ = 875 kg/m3

Benzina pc = 46.000 kJ/kg ρ = 0,72 kg/dm3 Gasoil pc = 44.000 kJ/kg ρ = 0,80 kg/dm3

Butà pc (CN) = 28.700 kcal/m3 ρ = 2,6 kg/m3

Propà pc (CN) = 23.500 kcal/m3 ρ = 2,25 kg/m3 Gas natural pc (CN) = 46.000 kJ/m3 Gas ciutat pc (CN) = 5.000 Kcal/m3 Dades físiques de l’aigua ce = 4,18 kJ/kg·ºC = 1 kcal/kg·ºC ρ = 1 kg/dm3

Dades físiques de l’aire sec ce = 0,24 kcal/kg·ºC = 1 kcal/kg·ºC ρ = 1,21 kg/m3