ΥΠΟΔΕΙΓΜΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΓΡΑΠΤΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 1. Να υπολογιστεί η μαζική παροχή του ατμού σε (kg/h) που χρησιμοποιείται σε ένα θερμαντήρα χυμού με τα παρακάτω στοιχεία: αρχική θερμοκρασία χυμού 20 C, τελική θερμοκρασία χυμού 80 C, μαζική παροχή χυμού 0,35 kg/s, ειδική θερμότητα χυμού 3,7 kj/kg C, θερμοκρασία ατμού, 350 C σε πίεση 15 bar, θερμοκρασία συμπυκνώματος, 60 C σε πίεση 1 bar. Οι θερμικές απώλειες προς το περιβάλλον θεωρούνται αμελητέες. 2. Να υπολογιστεί το κλάσμα ξηρότητας κορεσμένου μίγματος υγρού-ατμών του νερού σε πίεση 2,6 bar και ειδική ενθαλπία 1800 kj/kg. 3. Να βρεθούν τα ψυχρομετρικά μεγέθη αέρα με θερμοκρασία δρόσου 12 C και ειδικό όγκο 0,87 m 3 /kg. 4. Για να μετατρέψουμε 150 kg νερού σε κορεσμένο μίγμα υγρού-ατμών με κλάσμα ξηρότητας x=0,8, απαιτείται να απορροφηθεί θερμότητα Q=251508 kj σε σταθερή πίεση P=5,5 bar. Ποια είναι η θερμοδυναμική κατάσταση του νερού πριν τη θέρμανση; 5. Να υπολογιστεί η απαιτούμενη παροχή του νερού αναπλήρωσης (kg/h) σε πύργο ψύξεως με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: 6. Στην είσοδο, ογκομετρική παροχή αέρα 20 m 3 /s, θερμοκρασία ξηρού βολβού 20 C και σχετική υγρασία 45%. 7. Στην έξοδο, θερμοκρασία ξηρού βολβού 30 C και υγρού βολβού 25 C. 8. Να υπολογιστεί η επιφάνεια εναλλαγής ενός εναλλάκτη αντιροής σωλήνα/σωλήνα με τα παρακάτω στοιχεία: συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 140 W/m 2 C, θερμοκρασία εισόδου θερμού ρευστού, 190 C, θερμοκρασία εξόδου θερμού ρευστού, 120 C, θερμοκρασία εισόδου ψυχρού ρευστού, 20 C, θερμοκρασία εξόδου ψυχρού ρευστού, 75 C, μαζική παροχή θερμού ρευστού 0,5 kg/s, ειδική θερμότητα θερμού ρευστού, 3,8 kj/kg C. Αναφέρατε κάθε παραδοχή που χρησιμοποιείτε. 9. 100 kg νερού βρίσκονται σε πίεση 2,6 bar και έχουν όγκο 40 m 3. Να εκτιμηθεί η θερμοδυναμική του κατάσταση και να υπολογιστεί η ενθαλπία του. 10. Να υπολογιστεί η θερμότητα σε (kj) που απορροφάται όταν 300 m 3 αέρα αρχικής θερμοκρασίας ξηρού βολβού 24,5 C και υγρού βολβού 17,5 C, θερμαίνονται σε θερμοκρασία ξηρού βολβού 40 C και σχετική υγρασία 30%. 11. Να υπολογιστεί η επιφάνεια εναλλαγής ενός εναλλάκτη αντιροής
σωλήνα/σωλήνα με τα παρακάτω στοιχεία: συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 240 W/m 2 C, θερμοκρασία εισόδου θερμού ρευστού, 170 C, θερμοκρασία εξόδου θερμού ρευστού, 115 C, θερμοκρασία εισόδου ψυχρού ρευστού, 20 C, θερμοκρασία εξόδου ψυχρού ρευστού, 85 C, μαζική παροχή ψυχρού ρευστού 0,5 kg/s, ειδική θερμότητα ψυχρού ρευστού, 3,8 kj/kg C, θερμικές απώλειες εναλλάκτη στο περιβάλλον 1235 W. Αναφέρατε κάθε παραδοχή που χρησιμοποιείτε. 12. Να υπολογιστεί η μάζα της υγρασίας σε (gr) που απορροφάται όταν 400 m 3 αέρα αρχικής θερμοκρασίας ξηρού βολβού 16 C και ειδικού όγκου 0,830 m 3 /kg ξα, θερμαίνονται σε θερμοκρασία ξηρού βολβού 20 C και σχετική υγρασία 80%. 13. 150 kg νερού βρίσκονται σε πίεση 5 bar και έχουν ειδική ενθαλπία 2300 kj/kg. Να εκτιμηθεί η θερμοδυναμική κατάσταση και να υπολογιστεί o όγκος του σε (m 3 ). 14. Τo τoίχωμα εvός φoύρvoυ απoτελείται απo πυρότoυβλo παχoυς 200 mm, υαλoβάμβακα πάχoυς 100 mm και επίχρισμα πάχoυς 15 mm. Να υπoλoγιστoύν οι θερμικές απώλειες πρoς τo περιβάλλov αvά μονάδα επιφάνειας σε (W/m 2 ) και η θερμoκρασία τoυ εξωτερικoύ τoιχώματoς τoυ πυρότoυβλoυ. Δίvovται, εξωτερικός συvτελεστής μεταφoράς θερμότητας h εξ = 23,2 W/m 2 C, συvτελεστές θερμικής αγωγιμότητας, πυρότoυβλoυ κ π = 0,65 W/m C, υαλoβάμβακα κ υ = 0,036 W/m C, επιχρίσματoς κ ε = 0,85 W/m C, θερμoκρασία εσωτερικoύ τoιχώματoς πυρότoυβλoυ, θ 1 = 800 C, θερμoκρασία αέρα 20 C. 15. Να υπολογιστεί η μάζα της υγρασίας σε (gr) που αποβάλλεται όταν 500 m 3 αέρα αρχικής θερμοκρασίας ξηρού βολβού 20 C και σχετικής υγρασίας 60%, ψύχονται σε θερμοκρασία ξηρού βολβού 10 C και σχετική υγρασία 70%.. 16. 150 kg νερού βρίσκονται σε πίεση 3,2 bar και έχουν ειδική εσωτερική ενέργεια 2300 kj/kg. Να εκτιμηθεί η θερμοδυναμική κατάσταση και να υπολογιστεί o όγκος του σε (m 3 ). 17. Να υπολογιστεί η παραγωγή ατμού σε (kg/h) μίας ατμογεννήτριας με τα παρακάτω στοιχεία: Αρχική θερμοκρασία νερού 50 C σε πίεση 1 bar, τελική θερμοκρασία ατμού 250 C, σε πίεση 15 bar, κατανάλωση πετρελαίου 20 (kg/h), θερμαντική αξία πετρελαίου diesel 42000 kj/kg, συνολικός βαθμός απόδοσης της καύσης 88%. 18. Να υπολογιστεί η μάζα 400 lt νερού σε πίεση 2,6 bar και ειδική ενθαλπία
1800 kj/kg. 19. Να βρεθούν τα ψυχρομετρικά μεγέθη αέρα με θερμοκρασία υγρού βολβού 21,5 C και ειδικό όγκο 0,87 m 3 /kg. 20. Κατά την παστερίωση γάλακτος λειτουργεί εναλλάκτης με τα παρακάτω στοιχεία: θερμοκρασία εισόδου γάλακτος 20 C, θερμοκρασία εξόδου γάλακτος 110 C, επιφάνεια εναλλαγής 4,5 m 2 συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 250 W/m 2 C. Το χρησιμοποιούμενο θερμαντικό μέσο είναι κορεσμένος ξηρός ατμός πίεσης 5 bar, ο οποίος μετατρέπεται σε κορεσμένο συμπύκνωμα στην ίδια πίεση. Να υπολογιστεί ο ρυθμός ροής του συμπυκνώματος σε (kg/h), αν οι θερμικές απώλειες του εναλλάκτη προς το περιβάλλον θεωρηθούν αμελητέες. ΥΠΟΔΕΙΓΜΑ ΠΡΟΣΦΑΤΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ ΘΕΜΑΤΑ - 1 1. α) Τι είναι το κρίσιμο σημείο στην καμπύλη ισορροπίας υγρού/ατμών ενός ρευστού και τι ρόλο παίζει στην υγροποίηση των αερίων; β) Πως εκφράζεται ο 1 ος θερμοδυναμικός νόμος στην ισόχωρη μεταβολή; 2. α) Πότε παρατηρείται συμπύκνωση και αποβολή υδρατμών από τον αέρα; Αναφέρατε πρακτικά παραδείγματα. β) Ποιος είναι ο ρόλος των φυσαλίδων αέρα στα μονωτικά υλικά; 3. α) 100 kg νερού βρίσκονται σε πίεση 2,6 bar και έχουν όγκο 40 m 3. Να εκτιμηθεί η θερμοδυναμική του κατάσταση και να υπολογιστεί η ειδική εσωτερική ενέργεια. β) Να υπολογιστεί η μάζα της υγρασίας σε (gr) που απορροφάται όταν 500 m 3 αέρα αρχικής θερμοκρασίας ξηρού βολβού 24,5 C και υγρού βολβού 17,5 C, θερμαίνονται σε θερμοκρασία ξηρού βολβού 40 C και σχετική υγρασία 30%. 4. Να υπολογιστεί ο ρυθμός της εισροής θερμότητας σε (κw) σε ένα ορθογώνιο ψυκτικό θάλαμο διατάσεων, 2x3x3 m 3. Δίνονται, θερμοκρασία ψυκτικού θαλάμου 5 C, θερμοκρασία περιβάλλοντος 35 C, εσωτερικός συντελεστής μεταφοράς
θερμότητας 8 W/m 2 C, εξωτερικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 20 W/m 2 C, συνολικός συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας τοιχώματος 0,32 W/m 2 C, πάχος τοιχώματος 30 cm. ΘΕΜΑΤΑ - 2 `1. α) Εξηγείστε τη μεταβολή του στραγγαλισμού αναφέροντας πρακτικά παραδείγματα. β) Πώς μεταβάλλεται η σχετική υγρασία του αέρα σε σχέση με τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ξηρού και υγρού βολβού; πύργων; 2. α) Ποιος είναι ο ρόλος των πληρωτικών υλικών στη λειτουργία των ψυκτικών β) Τι είναι οι συντελεστές απoθέσεωv στους εναλλάκτες; 3. α) Να υπολογιστεί η μάζα 400 lt νερού σε πίεση 2,6 bar και ειδική ενθαλπία 1800 kj/kg. β) Να βρεθούν τα ψυχρομετρικά μεγέθη αέρα με θερμοκρασία υγρού βολβού 21,5 C και ειδικό όγκο 0,87 m 3 /kg. 4. Κατά την παστερίωση γάλακτος λειτουργεί εναλλάκτης με τα παρακάτω στοιχεία: θερμοκρασία εισόδου γάλακτος 20 C, θερμοκρασία εξόδου γάλακτος 110 C, επιφάνεια εναλλαγής 4,5 m 2 συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 250 W/m 2 C. Το χρησιμοποιούμενο θερμαντικό μέσο είναι κορεσμένος ξηρός ατμός πίεσης 5 bar, ο οποίος μετατρέπεται σε κορεσμένο συμπύκνωμα στην ίδια πίεση. Να υπολογιστεί ο ρυθμός ροής του συμπυκνώματος σε (kg/h), αν οι θερμικές απώλειες του εναλλάκτη προς το περιβάλλον θεωρηθούν αμελητέες. ΘΕΜΑΤΑ - 3 1. α) Να υπολογιστεί το έργο αντιστρεπτής και ισοβαρούς μεταβολής σε κλειστό σύστημα. β) Πότε παρατηρείται απορρόφηση και πότε αποβολή υδρατμών απο τον αέρα; Αναφέρατε πρακτικά παραδείγματα.
2. α) Εξηγείστε το μηχανισμό μετάδοσης της θερμότητας με μεταφορά. β) Που οφείλεται η αυξημένη θερμομονωτική ικανότητα των διπλών τζαμιών; 3. α) Να υπολογιστεί η μάζα της υγρασίας σε (gr) που αποβάλλεται όταν 500 m 3 αέρα αρχικής θερμοκρασίας ξηρού βολβού 20 C και σχετικής υγρασίας 60%, ψύχονται σε θερμοκρασία ξηρού βολβού 10 C και σχετική υγρασία 70%.. β) 150 kg νερού βρίσκονται σε πίεση 3,2 bar και έχουν ειδική εσωτερική ενέργεια 2300 kj/kg. Να εκτιμηθεί η θερμοδυναμική κατάσταση και να υπολογιστεί o όγκος του σε (m 3 ). 4. Να υπολογιστεί η παραγωγή ατμού σε (kg/h) μίας ατμογεννήτριας με τα παρακάτω στοιχεία: Αρχική θερμοκρασία νερού 50 C σε πίεση 1 bar, τελική θερμοκρασία ατμού 250 C, σε πίεση 15 bar, κατανάλωση πετρελαίου 20 (kg/h), θερμαντική αξία πετρελαίου diesel 42000 kj/kg, συνολικός βαθμός απόδοσης της καύσης 88%. ΘΕΜΑΤΑ - 4 1. α) Εξηγείστε τις έννοιες του «κλειστού» και το «ανοικτού» συστήματος. β) Εξηγείστε τη λειτουργία του ψυκτικού πύργου. 2. α) Εξηγείστε τα στάδια λειτουργίας του ψυκτικού κύκλου. β) Tί είναι η μόνιμη και τι η μή μόνιμη μετάδοση της θερμότητας; Αναφέρατε πρακτικά παραδείγματα για κάθε περίπτωση. 3. α) Να υπολογιστεί η μάζα της υγρασίας σε (gr) που απορροφάται όταν 400 m 3 αέρα αρχικής θερμοκρασίας ξηρού βολβού 16 C και ειδικού όγκου 0,830 m 3 /kg ξα, θερμαίνονται σε θερμοκρασία ξηρού βολβού 20 C και σχετική υγρασία 80%. β) 150 kg νερού βρίσκονται σε πίεση 5 bar και έχουν ειδική ενθαλπία 2300 kj/kg. Να εκτιμηθεί η θερμοδυναμική κατάσταση και να υπολογιστεί o όγκος του σε (m 3 ). 4. Τo τoίχωμα εvός φoύρvoυ απoτελείται απo πυρότoυβλo παχoυς 200 mm, υαλoβάμβακα πάχoυς 100 mm και επίχρισμα πάχoυς 15 mm. Να υπoλoγιστoύν οι θερμικές απώλειες πρoς τo περιβάλλov αvά μονάδα επιφάνειας σε (W/m 2 ) και η
θερμoκρασία τoυ εξωτερικoύ τoιχώματoς τoυ πυρότoυβλoυ. Δίvovται, εξωτερικός συvτελεστής μεταφoράς θερμότητας h εξ = 23,2 W/m 2 C, συvτελεστές θερμικής αγωγιμότητας, πυρότoυβλoυ κ π = 0,65 W/m C, υαλoβάμβακα κ υ = 0,036 W/m C, επιχρίσματoς κ ε = 0,85 W/m C, θερμoκρασία εσωτερικoύ τoιχώματoς πυρότoυβλoυ, θ 1 = 800 C, θερμoκρασία αέρα 20 C. ΘΕΜΑΤΑ - 5 1. α) Τι είναι η μεταβολή του στραγγαλισμού και πού εφαρμόζεται; β) Τι είναι η θερμική μηχανή, που βρίσκει εφαρμογή και πως εκφράζεται ο 2 ος θερμοδυναμικός νόμος; 2. α) Περιγράψτε τις ψυχρομετρικές μεταβολές που απαιτούνται έτσι ώστε να παραχθεί πρακτικά ξηρός αέρας. β) Ποιος είναι ο ρόλος των φυσαλίδων αέρα στα μονωτικά υλικά; 3. α) 100 kg νερού βρίσκονται σε πίεση 2,6 bar και έχουν όγκο 40 m 3. Να εκτιμηθεί η θερμοδυναμική του κατάσταση και να υπολογιστεί η ενθαλπία του. β) Να υπολογιστεί η θερμότητα σε (kj) που απορροφάται όταν 300 m 3 αέρα αρχικής θερμοκρασίας ξηρού βολβού 24,5 C και υγρού βολβού 17,5 C, θερμαίνονται σε θερμοκρασία ξηρού βολβού 40 C και σχετική υγρασία 30%. 4. Να υπολογιστεί η επιφάνεια εναλλαγής ενός εναλλάκτη αντιροής σωλήνα/σωλήνα με τα παρακάτω στοιχεία: συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 240 W/m 2 C, θερμοκρασία εισόδου θερμού ρευστού, 170 C, θερμοκρασία εξόδου θερμού ρευστού, 115 C, θερμοκρασία εισόδου ψυχρού ρευστού, 20 C, θερμοκρασία εξόδου ψυχρού ρευστού, 85 C, μαζική παροχή ψυχρού ρευστού 0,5 kg/s, ειδική θερμότητα ψυχρού ρευστού, 3,8 kj/kg C, θερμικές απώλειες εναλλάκτη στο περιβάλλον 1235 W. Αναφέρατε κάθε παραδοχή που χρησιμοποιείτε. ΘΕΜΑΤΑ - 6 1. α) Ποιά είναι τα κριτήρια αντιστρεπτότητας μιας θερμοδυναμικής μεταβολής;
β) Ποιές είναι οι διαφορές μεταξύ βρασμού και εξάτμισης; 2. α) Ποιος είναι ο ρόλος των πληρωτικών υλικών που χρησιμοποιούνται στους πύργους ψύξης; β) Εξηγείστε τους τρόπους μετάδοσης της θερμότητας από τον εσωτερικό χώρο ενός θερμαινόμενου δωματίου στον εξωτερικό αέρα μέσω ενός διπλού τζαμιού. 3. α) Για να μετατρέψουμε 150 kg νερού σε κορεσμένο μίγμα υγρού-ατμών με κλάσμα ξηρότητας x=0,8, απαιτείται να απορροφηθεί θερμότητα Q=251508 kj σε σταθερή πίεση P=5,5 bar. Ποια είναι η θερμοδυναμική κατάσταση του νερού πριν τη θέρμανση; β) Να υπολογιστεί η απαιτούμενη παροχή του νερού αναπλήρωσης (kg/h) σε πύργο ψύξεως με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Στην είσοδο, ογκομετρική παροχή αέρα 20 m 3 /s, θερμοκρασία ξηρού βολβού 20 C και σχετική υγρασία 45%. Στην έξοδο, θερμοκρασία ξηρού βολβού 30 C και υγρού βολβού 25 C. 4. Να υπολογιστεί η επιφάνεια εναλλαγής ενός εναλλάκτη αντιροής σωλήνα/σωλήνα με τα παρακάτω στοιχεία: συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 140 W/m 2 C, θερμοκρασία εισόδου θερμού ρευστού, 190 C, θερμοκρασία εξόδου θερμού ρευστού, 120 C, θερμοκρασία εισόδου ψυχρού ρευστού, 20 C, θερμοκρασία εξόδου ψυχρού ρευστού, 75 C, μαζική παροχή θερμού ρευστού 0,5 kg/s, ειδική θερμότητα θερμού ρευστού, 3,8 kj/kg C. Αναφέρατε κάθε παραδοχή που χρησιμοποιείτε. ΘΕΜΑΤΑ - 7 1. α) Ποιά είναι τα κριτήρια αντιστρεπτότητας μιας θερμοδυναμικής μεταβολής; β) Ποιές είναι οι διαφορές μεταξύ βρασμού και εξάτμισης; 2. α) Ποιος είναι ο ρόλος των πληρωτικών υλικών που χρησιμοποιούνται στους πύργους ψύξης; β) Εξηγείστε τους τρόπους μετάδοσης της θερμότητας από τον εσωτερικό χώρο ενός θερμαινόμενου δωματίου στον εξωτερικό αέρα μέσω ενός διπλού τζαμιού. 3. α) Για να μετατρέψουμε 150 kg νερού σε κορεσμένο μίγμα υγρού-ατμών με κλάσμα ξηρότητας x=0,8, απαιτείται να απορροφηθεί θερμότητα Q=251508 kj σε
σταθερή πίεση P=5,5 bar. Ποια είναι η θερμοδυναμική κατάσταση του νερού πριν τη θέρμανση; β) Να υπολογιστεί η απαιτούμενη παροχή του νερού αναπλήρωσης (kg/h) σε πύργο ψύξεως με τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Στην είσοδο, ογκομετρική παροχή αέρα 20 m 3 /s, θερμοκρασία ξηρού βολβού 20 C και σχετική υγρασία 45%. Στην έξοδο, θερμοκρασία ξηρού βολβού 30 C και υγρού βολβού 25 C. 4. Να υπολογιστεί η επιφάνεια εναλλαγής ενός εναλλάκτη αντιροής σωλήνα/σωλήνα με τα παρακάτω στοιχεία: συνολικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας 140 W/m 2 C, θερμοκρασία εισόδου θερμού ρευστού, 190 C, θερμοκρασία εξόδου θερμού ρευστού, 120 C, θερμοκρασία εισόδου ψυχρού ρευστού, 20 C, θερμοκρασία εξόδου ψυχρού ρευστού, 75 C, μαζική παροχή θερμού ρευστού 0,5 kg/s, ειδική θερμότητα θερμού ρευστού, 3,8 kj/kg C. Αναφέρατε κάθε παραδοχή που χρησιμοποιείτε. ΘΕΜΑΤΑ - 8 1. α) Τι είναι η θερμότητα και τι η θερμοκρασία; Μπορεί η θερμότητα να περικλείεται σε ένα σώμα; β) Πώς εξαρτάται σxετική υγρασία από τη διαφορά θερμοκρασίας ξηρού και υγρού βολβού; 2. α) Γιατί oι υπαίθριες δεξαμεvές στιλβώvovται ή βάφovται με λευκά επιστρώματα και oι μovώσεις επικαλύπτονται με στιλβωμέvα φύλλα αλoυμιvίoυ; β) Τι είναι οι συντελεστές αποθέσεων στους εναλλάκτες θερμότητας; m 3 3. α) Να υπολογιστεί η μάζα της υγρασίας σε (gr) που αποβάλλεται όταν 500 αέρα αρχικής θερμοκρασίας, ξηρού βολβού 25 C και υγρού βολβού 17 C, ψύχονται σε θερμοκρασία 8 C και κατάσταση κορεσμού. β) Να υπολογιστεί η παραγωγή ατμού σε (kg/h) μίας ατμογεννήτριας με τα ακόλουθα στοιχεία: Αρχική θερμοκρασία νερού 50 C σε πίεση 1 bar, τελική θερμοκρασία ατμού 250 C, σε πίεση 10 bar, κατανάλωση πετρελαίου 20 (kg/h), θερμαντική αξία πετρελαίου 42000 kj/kg, συνολικός βαθμός απόδοσης της καύσης 90%.
4. Το τοίχωμα ενός φούρνου είναι επίπεδο και αποτελείται από πυρότoυβλo πάχους 200 mm, από υαλοβάμβακα πάχους 100 mm και από επίχρισμα πάχους 15 mm. Να υπολογιστούν οι θερμικές απώλειες προς το περιβάλλον ανά μονάδα επιφάνειας σε (W/m 2 ) και η θερμοκρασία του εξωτερικού τοιχώματος του πυρότoυβλoυ. Δίνονται, εξωτερικός συντελεστής μεταφοράς θερμότητας h εξ = 23,2 W/m 2 C, συντελεστές θερμικής αγωγιμότητας, πυρότoυβλoυ Κ π = 0,65 W/m C, υαλοβάμβακα Κ υ = 0,036 W/m C, επιχρίσματος Κ ε = 0,85 W/m C, θερμοκρασία εσωτερικού τοιχώματος πυρότoυβλoυ, θ 1 = 800 C, θερμοκρασία περιβάλλοντος αέρα 20 C.