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 iesbellvitge@xtec.cat - 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)

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

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