Energijske tehnologije

Σχετικά έγγραφα
PARNA POSTROJENJA ZA KOMBINIRANU PROIZVODNJU ELEKTRIČNE I TOPLINSKE ENERGIJE (ENERGANE)

13.1. Termodinamički procesi O K O L I N A. - termodinamički sustav: količina tvari unutar nekog zatvorenog volumena

PRVI I DRUGI ZAKON TERMODINAMIKE

Količina topline T 2 > T 1 T 2 T 1

Drugi zakon termodinamike

Zadatci za vježbanje Termodinamika

2 tg x ctg x 1 = =, cos 2x Zbog četvrtog kvadranta rješenje je: 2 ctg x

SEMINAR IZ KOLEGIJA ANALITIČKA KEMIJA I. Studij Primijenjena kemija

Upotreba tablica s termodinamičkim podacima

Iskazna logika 3. Matematička logika u računarstvu. novembar 2012

Pošto pretvaramo iz veće u manju mjernu jedinicu broj 2.5 množimo s 1000,

Termodinamički zakoni

4. Termodinamika suhoga zraka

Numerička matematika 2. kolokvij (1. srpnja 2009.)

a M a A. Može se pokazati da je supremum (ako postoji) jedinstven pa uvodimo oznaku sup A.

Eliminacijski zadatak iz Matematike 1 za kemičare

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

ELEKTROTEHNIČKI ODJEL

Riješeni zadaci: Nizovi realnih brojeva

DISKRETNA MATEMATIKA - PREDAVANJE 7 - Jovanka Pantović

Trigonometrija 2. Adicijske formule. Formule dvostrukog kuta Formule polovičnog kuta Pretvaranje sume(razlike u produkt i obrnuto

3.1 Granična vrednost funkcije u tački

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

konst. Električni otpor

Rad, snaga, energija. Tehnička fizika 1 03/11/2017 Tehnološki fakultet

RIJEŠENI ZADACI I TEORIJA IZ

1 Promjena baze vektora

PRAVA. Prava je u prostoru određena jednom svojom tačkom i vektorom paralelnim sa tom pravom ( vektor paralelnosti).

U unutrašnja energija H entalpija S entropija G 298. G Gibsova energija TERMOHEMIJA I TERMODINAMIKA HEMIJSKA TERMODINAMIKA

M086 LA 1 M106 GRP. Tema: Baza vektorskog prostora. Koordinatni sustav. Norma. CSB nejednakost

TEHNIČKA TERMODINAMIKA

Teorijski dio ispita iz Termodinamike I ( )

(P.I.) PRETPOSTAVKA INDUKCIJE - pretpostavimo da tvrdnja vrijedi za n = k.

Prof. dr. sc. Z. Prelec ENERGETSKA POSTROJENJA Poglavlje: 7 (Regenerativni zagrijači napojne vode) List: 1

( , 2. kolokvij)

Iz poznate entropije pare izračunat ćemo sadržaj pare u točki 2, a zatim i specifičnu entalpiju stanja 2. ( ) = + 2 x2

Priprema za državnu maturu

18. listopada listopada / 13

PARCIJALNI IZVODI I DIFERENCIJALI. Sama definicija parcijalnog izvoda i diferencijala je malo teža, mi se njome ovde nećemo baviti a vi ćete je,

EKONOMIČNA PROIZVODNJA I RACIONALNO KORIŠTENJE ENERGIJE

OM2 V3 Ime i prezime: Index br: I SAVIJANJE SILAMA TANKOZIDNIH ŠTAPOVA

Inženjerstvo I Termodinamika 3. dio

12. SKUPINA ZADATAKA IZ FIZIKE I 6. lipnja 2016.

Matematička analiza 1 dodatni zadaci

BIOFIZIKA TERMO-FIZIKA

I.13. Koliki je napon između neke tačke A čiji je potencijal 5 V i referentne tačke u odnosu na koju se taj potencijal računa?

odvodi u okoliš? Rješenje 1. zadatka Zadano: q m =0,5 kg/s p 1 =1 bar =10 5 Pa zrak w 1 = 15 m/s z = z 2 -z 1 =100 m p 2 =7 bar = Pa

Opća bilanca tvari - = akumulacija u dif. vremenu u dif. volumenu promatranog sustava. masa unijeta u dif. vremenu u dif. volumen promatranog sustava

Operacije s matricama

Riješeni zadaci: Limes funkcije. Neprekidnost

IZVODI ZADACI ( IV deo) Rešenje: Najpre ćemo logaritmovati ovu jednakost sa ln ( to beše prirodni logaritam za osnovu e) a zatim ćemo

IZRAČUNAVANJE POKAZATELJA NAČINA RADA NAČINA RADA (ISKORIŠĆENOSTI KAPACITETA, STEPENA OTVORENOSTI RADNIH MESTA I NIVOA ORGANIZOVANOSTI)

FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila. Teorija kretanja drumskih vozila Vučno-dinamičke performanse vozila: MAKSIMALNA BRZINA

Kaskadna kompenzacija SAU

5. Karakteristične funkcije

Osnovni primer. (Z, +,,, 0, 1) je komutativan prsten sa jedinicom: množenje je distributivno prema sabiranju

INTEGRALNI RAČUN. Teorije, metodike i povijest infinitezimalnih računa. Lucija Mijić 17. veljače 2011.

Matematika 1 - vježbe. 11. prosinca 2015.

IZVODI ZADACI (I deo)

Ĉetverokut - DOMAĆA ZADAĆA. Nakon odgledanih videa trebali biste biti u stanju samostalno riješiti sljedeće zadatke.

radni nerecenzirani materijal za predavanja R(f) = {f(x) x D}

Ispitivanje toka i skiciranje grafika funkcija

Cauchyjev teorem. Postoji više dokaza ovog teorema, a najjednostvniji je uz pomoć Greenove formule: dxdy. int C i Cauchy Riemannovih uvjeta.

7 Algebarske jednadžbe

Sume kvadrata. mn = (ax + by) 2 + (ay bx) 2.

SISTEMI NELINEARNIH JEDNAČINA

nvt 1) ukoliko su poznate struje dioda. Struja diode D 1 je I 1 = I I 2 = 8mA. Sada je = 1,2mA.

Strukture podataka i algoritmi 1. kolokvij 16. studenog Zadatak 1

IspitivaƬe funkcija: 1. Oblast definisanosti funkcije (ili domen funkcije) D f

1.4 Tangenta i normala

Elektrotehnički fakultet univerziteta u Beogradu 17.maj Odsek za Softversko inžinjerstvo

, Zagreb. Prvi kolokvij iz Analognih sklopova i Elektroničkih sklopova

( , treći kolokvij) 3. Na dite lokalne ekstreme funkcije z = x 4 + y 4 2x 2 + 2y 2 3. (20 bodova)

Linearna algebra 2 prvi kolokvij,

XI dvoqas veжbi dr Vladimir Balti. 4. Stabla

TRIGONOMETRIJSKE FUNKCIJE I I.1.

VJEŽBE 3 BIPOLARNI TRANZISTORI. Slika 1. Postoje npn i pnp bipolarni tranziostori i njihovi simboli su dati na slici 2 i to npn lijevo i pnp desno.

Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilišta u Zagrebu Seminar 06 Plinski zakoni dr. sc. Biserka Tkalčec dr. sc.

VOLUMEN ILI OBUJAM TIJELA

numeričkih deskriptivnih mera.

KVADRATNA FUNKCIJA. Kvadratna funkcija je oblika: Kriva u ravni koja predstavlja grafik funkcije y = ax + bx + c. je parabola.

Akvizicija tereta. 5660t. Y= masa drva, X=masa cementa. Na brod će se ukrcati 1733 tona drva i 3927 tona cementa.

S t r a n a 1. 1.Povezati jonsku jačinu rastvora: a) MgCl 2 b) Al 2 (SO 4 ) 3 sa njihovim molalitetima, m. za so tipa: M p X q. pa je jonska jačina:

MATEMATIKA Pokažite da za konjugiranje (a + bi = a bi) vrijedi. a) z=z b) z 1 z 2 = z 1 z 2 c) z 1 ± z 2 = z 1 ± z 2 d) z z= z 2

4. PRETVORBE OBLIKA ENERGIJE

Zadaci sa prethodnih prijemnih ispita iz matematike na Beogradskom univerzitetu

Idealno gasno stanje-čisti gasovi

TOPLOTA. Primjeri. * TERMODINAMIKA Razmatra prenos energije i efekte tog prenosa na sistem.

Funkcije dviju varjabli (zadaci za vježbu)

Elementi spektralne teorije matrica

Termohemija. C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H= -393,5 kj

Kontrolni zadatak (Tačka, prava, ravan, diedar, poliedar, ortogonalna projekcija), grupa A

PROSTA GREDA (PROSTO OSLONJENA GREDA)

Osnovne teoreme diferencijalnog računa

Konstruisanje. Dobro došli na... SREDNJA MAŠINSKA ŠKOLA NOVI SAD DEPARTMAN ZA PROJEKTOVANJE I KONSTRUISANJE

( ) ( ) Zadatak 001 (Ines, hotelijerska škola) Ako je tg x = 4, izračunaj

Dijagonalizacija operatora

KORIŠTENJE VODNIH SNAGA

Računarska grafika. Rasterizacija linije

41. Jednačine koje se svode na kvadratne

Transcript:

Ograničenja pretvorbama i pretvorbe oblika energije u eksergiju (mehanički rad) Vladimir Mikuličić, Davor Grgić, Zdenko Šimić, Marko Delimar FER, 2013.

Teme: 1. Organizacija i sadržaj predmeta 2. Uvodna razmatranja 3. O energiji 4. Energetske pretvorbe i procesi u termoelektranama 5. Energetske pretvorbe i procesi u nuklearnim el. 6. Geotermalna energija 7. Energetske pretvorbe i procesi u hidroelektranama 8. Potrošnja električne energije 9. Prijenos i distribucija el. en. 10.Energija Sunca 11.Energija vjetra 12.Energija biomase, Gorivne ćelije i ostale neposredne pretvorbe 13.Skladištenje energije 14. Energija, okoliš i održivi razvoj 2013. : Organizacija i sadržaj predmeta 2

Sadržaj O mogućnostima pretvorbi oblika energije u mehanički rad (eksergiju) Drugi glavni stavak termodinamike Entropija i drugi glavni stavak termodinamike Entropija i nepovratljivost Promjena entropije sustava (idealnog plina, kapljevine i krutine) T,s dijagrami procesa s idealnim plinom Usporedba termičkih stupnjeva djelovanja Određivanje eksergije i anergije Eksergija toplinske energije (unutrašnje energije) Eksergija gj unutrašnje kaloričke energije gj (zatvorenog sustava) Eksergija entalpije (otvorenog sustava) Određivanje eksergije pomoću h,s - dijagrama Eksergija plina Eksergija vodene pare Ukratko Pi Primjeri i Što treba znati (naučiti) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 3

Perpetuum mobile druge vrste granica ZS dov dov dov DKP LJKP odv odv raspoloživ DKP LJKP MORE (HLADNI SPREMNIK) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 4

Mehanički rad zajedničkog rada kružnih procesa: ljevokretnog i desnokretnog : Ograničenja pretvorbama oblika energije 5

O mogućnostima pretvorbi oblika energije u mehanički rad (eksergiju) što će se dogoditi? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 6

O mogućnostima pretvorbi oblika energije u mehanički rad (eksergiju) što će se dogoditi? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 7

Što je zajedničko opisanim procesima (događanjima)? Početno nejednolika raspodjela gustoće akumulirane energije, zatim spontani (samonikli, samopoticajni, samopokretački, samoodržavajući) proces promjene nejednolike raspodjele gustoće energije u jednoliku. Očito, radi se o nejednolikoj raspodjeli gustoće oblika energije a ne o ukupnim količinama energije: gj : Ograničenja pretvorbama oblika energije 8

Nepovratljivi procesi izjednačavanja Procesi su izjednačavanja gustoća energije, čini se, jednosmjerni: j nepovratljivi i su. Što to znači?... trajna i zabilježiva promjena u sustavu ili okolici, i odnosno i u sustavu i okolici Procesi su uspostavljanja jednolike raspodjele gustoće ć energije, a to su zapravo jedini i procesi što se odvijaju u našem makroskopskom svijetu, nepovratljivi i procesi: procesi koji uzrokuju smanjivanje raspoloživih količina eksergije : Ograničenja pretvorbama oblika energije 9

Zašto se odvijaju nepovratljivi procesi? Zašto se u našem svijetu neprestano odvijaju (energetski) procesi uspostavljanja j jednolike raspodjele gustoće energije? Zbog toga jer je stanje jednolike raspodjele gustoće energije stanje veće vjerojatnosti od stanja nejednolike raspodjele gustoće energije. Kako to pokazati? Formulacija se spontana promjena nejednolike u jednoliku raspodjelu gustoće energije naziva drugim glavnim stavkom termodinamike. : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 10 tehnologije

Drugi glavni stavak termodinamike kako to da postoji problem opskrbe energijom ako je energija nestvoriva i neuništiva (oduvijek je bila tu i uvijek će biti)? je li moguće ć provoditi kružni proces sa samo jednim toplinskim spremnikom, je li je moguće svu (toplinsku) energiju dovedenu u (kružni) proces, ili neki sličan proces odnosno procese, trajno pretvarati u mehanički rad? je li moguće unutrašnju kaloričku energiju akumulirana u okolici (u podsustavima okolice: zraku vodi i tlu) pretvoriti u mehanički rad? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 11

Drugi glavni stavak termodinamike izvorne formulacije sažima iskustva i logička razmišljanja nije zakon jer ne može direktnim argumentima ništa potvrditi ili dokazati u osnovi odgovara na pitanje kako to da postoji problem opskrbe energijom kad se energija ne može ni stvoriti ni uništiti ne tvrdi da je nešto nemoguće već samo jako, jako, jako malo vjerojatno Toplina ne može sama od sebe prijeći od hladnijeg tijela na toplije, i to ni neposredno ni posredno. Nije moguće izgraditi periodički stroj koji ne bi proizvodio ništa drugo do dizanja nekog tereta (mehanički rad) uz odgovarajuće ohlađivanje jednog toplinskog spremnika. ( perpetuum mobile druge vrste ) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 12

Drugi glavni stavak termodinamike S obzirom na vladanje eksergije i anergije u povratljivim i i nepovratljivim i procesima vrijedi sljedeće: u svim se nepovratljivim (nepovratnim) procesima pretvara eksergija u anergiju (to bi ujedno mogla biti definicija nepovratljivih procesa: procesi u kojima se eksergija pretvara u anergiju) samo u povratljivim (povratnim) procesima ostaje eksergija konstantna (moguća definicija povratljivih procesa: procesi u kojima se eksergija ne pretvara u anergiju) nemoguće je anergiju pretvoriti u eksergiju; proces u kojem bi se anergija pretvarala u eksergiju je nemoguć : Ograničenja pretvorbama oblika energije 13

Entropija, veličina stanja - nedvosmisleno određivanje vrste procesa Zašto? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 14

Promjena entropije, povratljivost i nepovratljivost : Ograničenja pretvorbama oblika energije 15

Promjena entropije, povratljivost i nepovratljivost : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 16 tehnologije

Promjena entropije, povratljivost i nepovratljivost ostaje li entropija AS konstantna (ds AS = 0), za vrijeme energetskih procesa, u adijabatskom se sustavu odvijaju povratljivi procesi: sva eksergija ostaje sačuvana, č ništa se eksergije ne pretvara u anergiju raste li entropija AS (ds AS > 0), radi se o nepovratljivim procesima. Što je veći porast entropije, to je promatrani proces lošiji, dalje od povratljivog: više se eksergije pretvara u anergiju smanjuje je li se entropija AS (ds AS <0) 0), radi adiseo nemogućim procesima: pokušajima pretvaranja anergije u eksergiju (perpetuum mobile druge vrste) : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 17 tehnologije

Još neke formulacije : Ograničenja pretvorbama oblika energije 18

Još neke formulacije Svi su prirodni procesi nepovratljivi. Povratljivi su procesi samo idealizirani granični slučajevi nepovratljivih procesa. Entropija adijabatskog sustava raste s vremenom dosežući svoju maksimalnu vrijednost. (Povezivanje entropije s raspodjelom gustoće energije i s procesom izjednačavanja j početno nejednolike raspodjele gustoće energije u adijabatskom sustavu.) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 19

Entropija i nepovratljivost - rad trenja F konst. F 0 : Ograničenja pretvorbama oblika energije 20

Entropija i nepovratljivost prijelaz toplinske energije preko konačne razlike temperatura : Ograničenja pretvorbama oblika energije 21

Što je s energetskog stajališta porast entropije? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 22

Što je s energetskog stajališta porast entropije? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 23

Što je s energetskog stajališta porast entropije? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 24

Promjena entropije sustava : Ograničenja pretvorbama oblika energije 25

Promjena entropije sustava izohorni proces izobarni proces izotermni proces ds ds v p ds T c c v p dt T dt T dv R v R dp p adijabatski povratljivi proces naziva se izentropskim procesom: ds = 0 politropski proces ds n c n dt T : Ograničenja pretvorbama oblika energije 26

T,s dijagram KS(2) PS(1) dq q 12 KS(2) PS(1) Tds 0 1 ds 2 : Ograničenja pretvorbama oblika energije 27

Izotermni proces : Ograničenja pretvorbama oblika energije 28

Izentropski i adijabatski proces : Ograničenja pretvorbama oblika energije 29

Izohorni proces, određivanje specifične topline pomoću T,s s- dijagrama : Ograničenja pretvorbama oblika energije 30

Izohorni proces, određivanje specifične topline pomoću T,s s- dijagrama : Ograničenja pretvorbama oblika energije 31

Izobarni proces p 1 = konst. p 2 = konst. izo ohora izobara : Ograničenja pretvorbama oblika energije 32

Politropski proces (1 < n < κ c n <0) adijabata izohora izobara v = konst. n = izoterma politropa, 1 < n < κ β 0 c n : Ograničenja pretvorbama oblika energije 33

Kružni proces w = q dov - q odv : Ograničenja pretvorbama oblika energije 34

Usporedba termičkih stupnjeva djelovanja : Ograničenja pretvorbama oblika energije 35

Primjena 2. glavnog stavka termodinamike : Ograničenja pretvorbama oblika energije 36

Primjena 2. glavnog stavka termodinamike F konst. F 0 stanje okolice (mehanička i toplinska ravnoteža s okolicom) termodinamička ravnoteža : Ograničenja pretvorbama oblika energije 37

Određivanje eksergije i anergije 1. Kad možemo iz nekog sustava dobiti (dobivati) mehanički rad, odnosno, istovjetno pitanje, kad možemo iz neke energije dobiti eksergiju? 2. Koliko maksimalno rada možemo dobiti iz takvog sustava? (Kolika je eksergija energije?) 3. Kako se mora odvijati proces da iz takvog sustava dobijemo maksimalni rad (eksergiju)? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 38

Eksergija toplinske energije (unutrašnje energije) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 39

Eksergija toplinske energije (unutrašnje energije) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 40

Gubici eksergije pri prijelazu toplinske energije : Ograničenja pretvorbama oblika energije 41

Eksergijski gjs stupanj supa jdjeo djelovanja ja Prijelaz toplinske energije gj : Ograničenja pretvorbama oblika energije 42

Eksergija unutrašnje kaloričke energije (zatvorenog sustava) dov ok sustava CKP dov ok ok F konst. ok plina max ok : Ograničenja pretvorbama oblika energije 43

Eksergija unutrašnje kaloričke energije (zatvorenog sustava) T ok Legenda dq dov = T ok ds dq = T ds T 0 ds s = ds > 0 w pov = u 1 u 2 T ok (s 1 s 2 )+ +p ok (v 1 v 2 ) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 44

Eksergija unutrašnje kaloričke energije (zatvorenog sustava) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 45

Eksergija plinova izgaranja p ok 3 (T ok ) 1 (T 1 >> T ok ) x p 2 2 (T ok ) 0 v 3 v 1 v 2 v p ok p ok p ok p 2 << p ok p ok F konst. KS (3) PS (1) MS (2) : Ograničenja pretvorbama oblika energije 46

Eksergija entalpije (otvorenog sustava) dq dov DCKP dw CKP dq dw t u, p, v, h, c, z u ok, p ok, v ok, h ok, c ok, z ok w h h T s s 1 2 ok 1 2 : Ograničenja pretvorbama oblika energije 47 pov

Određivanje eksergije pomoću h,s - dijagrama h eks 1 = konst. eks 2 = konst. T 2 eks = 0 (pravac okolice) eks i = konst. h ok St ok T ok p ok 0 s ok s : Ograničenja pretvorbama oblika energije 48

Eksergija gj plina p 2 > p ok h 1 p 1 > p ok 2 T 1 = T 2 > T ok p 1 > p 2 eks 2 = h 2 h' 2 h 1 -h ok 2' h 2 -h ok eks 1 = h 1 h' 1 St ok T ok T ok (s 2 -s ok) h ok T ok (s 1 -s ok) p ok 1' pravac okolice 0 s 1 s ok s 2 s eks 1 -eks 2 =? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 49

Eksergija vodene pare proces isparivanja : Ograničenja pretvorbama oblika energije 50

Proces zagrijavanja isparivanja vode, pregrijanja pare : Ograničenja pretvorbama oblika energije 51

Toplinska energija za zagrijavanje, isparivanje i pregrijavanje K p pk e T isp b 2 vrela tekućina c 3 d 1 a MOKRA PARA područje isparivanja suha para q z q p s a s b (s') s c (s'') s d : Ograničenja pretvorbama oblika energije 52

h,s dijagram za vodu : Ograničenja pretvorbama oblika energije 53

Kosokutni h,s dijagram za vodu : Ograničenja pretvorbama oblika energije 54

Entalpija zagrijavanja, isparivanja i pregrijavanja q ae = q z + r + q p = (h b h a ) + (h d h b ) + (h e h d ) = (h e h a ) e p pk K q p d T isp c q ae pk isp r q z = h b -h a a b q z r = h d - h b q p = h e -h d q ae = q z + r + q p = h e -h a 0 s' s'' s : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 55 tehnologije

Entalpija zagrijavanja, isparivanja i pregrijavanja : Ograničenja pretvorbama oblika energije 56

Entalpija isparivanja u T,s dijagramu p K T K K p = konst. : Ograničenja pretvorbama oblika energije 57

Entalpija zagrijavanja, isparivanja i pregrijavanja, mehanički rad promjene volumena i promjena UKE za vrijeme procesa : Ograničenja pretvorbama oblika energije 58

Određivanje eksergije vodene pare iz h,s - dijagrama : Ograničenja pretvorbama oblika energije 59

Ukratko Govorili o smo o spoznajama a 2. glavnog ga stavka a termodinamike i odredili maksimalni mehanički rad koji se može dobiti iz različitih oblika energije. Pokazali smo kako se pomoću proračuna promjene entropije adijabatskog sustava određuju gubici mehaničkog rada (eksergije), uzrokovani odvijanjem realnih, nepovratljivih procesa, kao i kako se određuje, pomoću hs h,s dijagrama, eksergija energije akumulirane u fluidu. : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 60 tehnologije

Primjer 1. Adijabatski spremnik krutih stijenki podijeljen je adijabatskom pregradom u dva jednaka dijela, 0,5 m 3 svaki. U jednom je dijelu idealni plin (R=287,0 J/kgK, κ=1,4), a drugi je zrakoprazan. Podigne li se pregrada koliki će zbog toga biti gubitak mehaničkog rada po 1 kg plina? Temperatura je okolice 300K, a tlak 0,1 MPa. Rj. w gub = T ok δs AS [J/kg] : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 61 tehnologije

Primjer 1. ds AS dq du pdv dt c v T T T dv dv R R ( u konst. du 0) v v v 2v 2 1 s R ln Rln Rln 2 AS v v 1 1 w gub = Tok Rln2 [J/kg] = = 300K 287,0 J/kgK ln2 = 59.679,97 J/kg : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 62 tehnologije

Primjer 2. U kondenzatoru termoelektrane odvodi se u okolicu 2000 MWh toplinske energije u jednom satu. Ukoliko je temperatura rashladne vode (okolice) 20 0 C, a temperatura kondenzata (pare odnosno vode u kondenzatoru) 27 0 C, koliko se anergije iz termoelektrane odvodi u okolicu u jednom satu? Rj. anergija = energija - eksergija : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 63 tehnologije

Primjer 2. Tok anergija q q (1 ) odv odv T kond T 293,15 q 1 1 ok 2000 2.000 odv T 300,15 kond 1.953,36MWh 2.000MWh : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 64 tehnologije

Primjer 3. Odredite maksimalni mehanički rad koji možemo dobiti iz 1 m 3 vakuuma. Tlak je okolice 100 kpa, a temperatura 300 K. Rj. Budući da vakuum ne sadrži masu, m = 0, to je U = mu = 0, S = ms = 0, dobivamo: Eks vakuuma = W max vakuuma = U U ok T ok (S S ok ) s + p ok (V V ok ) = =[0-300 0 + 100 (1 0)] kj = 100 kj V ok =0: u stanju je okolice volumen vakuuma jednak nuli : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 65 tehnologije

Primjer 3. Objašnjenje: da bi se ostvario vakuum, pumpa za vakuum troši eksergiju (mehanički rad). Vakuum je dakle produkt obavljanja rada. Energija je neuništiva, taj mehanički rad (eksergija) ostaje pohranjen u vakuumu (u radom stvorenoj neravnoteži između đ vakuuma i okolice); vakuum posjeduje eksergiju ili radnu sposobnost. : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 66 tehnologije

Primjer 4. Akumulator automobila osigurava 5,2 MJ električne energije za pokretanje motora. Rad se akumulatora zamjenjuje j j s radom komprimiranog zraka tlaka 7 MPa i temperature 25 0 C. Temperatura je okolice isto 25 0 C, tlak okolice 100 kpa, a R zraka 287 J/kgK. Koliki mora biti obujam spremnika zraka, u idealnom slučaju, da bi rad zraka bio jednak 5,2 MJ? : Ograničenja pretvorbama oblika energije 67

Primjer 4. Odredimo eksergiju zraka tlaka 7 MPa i 25 0 C. (Zrak u spremniku smatramo sustavom.) eks w max u u ok T s s p v v u u ok = 0 (Temperatura je sustava jednaka temperaturi okolice.) s s ok = - δs s ok s ok vok ds s ok s Rln dt 0 v ok ok dq dt ds cv T T R ok dv v : Ograničenja pretvorbama oblika energije Energijske 68 tehnologije

Primjer 4. Dobivamo: s s ok R ln v v ok R ln p p 7000 0,287kJ / kgk ln 1,219 100 RT 0,287 298,15 3 v 0,0122m / kg p 7000 v RTok 0,287 298,15 3 k 0,856 m / p 100 / ok ok ok kg : Ograničenja pretvorbama oblika energije 69

Primjer 4. i dalje: eks = w max = 0 298,15 (-1,219) + + 100(0,0122 0,856) = 279,06 kj/kg. Da bismo dobili rad od 5,2 MJ, masa zraka mora biti: Eks 5200 Eks m eks m 18, 63 kg eks 279,1 a volumen zraka: V = mv = 18,63kg 0,0122 m 3 /kg = 0,227 m 3. : Ograničenja pretvorbama oblika energije 70

Što treba znati (naučiti) 06 Ograničenja pretvorbama oblika energije u eksergiju (http://www.fer.unizg.hr/predmet/enepre) hr/predmet/enepre) analitički oblik drugog glavnog stavka termodinamike Clausiusova nejednakost (Clausiusova matematička definicija drugog glavnog stavka termodinamike) donja granična krivulja ki drugi glavni stavak termodinamike (neke od formulacija) eksergetski ki stupanj djelovanja j eksergija entalpije (otvorenog sustava) eksergija toplinske energije (unutrašnje energije) eksergija unutrašnje kaloričke energije (zatvorenog sustava) entalpija isparivanja u T,s dijagramu faktor realnosti : Ograničenja pretvorbama oblika energije 71

Što treba znati (naučiti) 06 Ograničenja pretvorbama oblika energije u eksergiju (http://www.fer.unizg.hr/predmet/enepre) gornja granična krivulja gubitak eksergije izazvan trenjem gubitak eksergije pri prijelazu toplinske energije preko konačnih č razlika temperatura t gubitak eksergije u kondenzatoru gubitak eksergije zbog prijelaza toplinske energije preko konačnih razlika temperatura gubitak mehaničkog rada (eksergije) h,s dijagram isparivanje i vode i pregrijavanje j vodene pare uz konstantni t tlak prikaz u T,v dijagramu : Ograničenja pretvorbama oblika energije 72

Što treba znati (naučiti) 06 Ograničenja pretvorbama oblika energije u eksergiju (http://www.fer.unizg.hr/predmet/enepre) kada je moguće energiju akumuliranu u nekom sustavu pretvoriti u mehanički rad (eksergiju) kritična izobara kitič kritična temperaturat kritično stanje (kritična točka) maksimalni ki likorisni imehanički rad (eksergija) zatvorenog sustava maksimalni rad (eksergija) vrućih plinova mokra para Mollierov dijagram nepovratljivost procesa s trenjem određivanje eksergije i anergije : Ograničenja pretvorbama oblika energije 73

Što treba znati (naučiti) 06 Ograničenja pretvorbama oblika energije u eksergiju (http://www.fer.unizg.hr/predmet/enepre) hr/predmet/enepre) određivanje eksergije pomoću h,s dijagrama određivanje eksergije plina pomoću h,s dijagrama određivanje eksergije vodene pare iz h,s dijagrama određivanje entalpija zagrijavanja, isparivanja i pregrijavanja iz h,s dijagrama određivanje specifičnog toplinskog kapaciteta t pomoću ć T,s dijagrama parne tablice perpetuum mobile druge vrste (kombinirani rad desnokretnog i ljevokretnog kružnog procesa) povratljivi rad pravac okolice : Ograničenja pretvorbama oblika energije 74

Što treba znati (naučiti) 06 Ograničenja pretvorbama oblika energije u eksergiju (http://www.fer.unizg.hr/predmet/enepre) pregrijana para primjeri promjene nejednolike raspodjele gustoće energije u jednoliku princip i rasta entropije promjena entropije sustava (idealnog plina, kapljevine i krutine) stanje okolice suha (zasićena ili suhozasićena) para što s energetskog stajališta predstavlja (znači) porast entropije T,s dijagram T,s dijagram kružnog procesa : Ograničenja pretvorbama oblika energije 75

Što treba znati (naučiti) 06 Ograničenja pretvorbama oblika energije u eksergiju (http://www.fer.unizg.hr/predmet/enepre) T,s dijagram promjene stanja vode i vodene pare za vrijeme zagrijavanja, isparivanja i pregrijavanja T,s dijagrami procesa s idealnim plinom termodinamička ičk ravnoteža : Ograničenja pretvorbama oblika energije 76