Harjoitukset (KOMPRIMOINTI)

Transkriptio

1 Kmrmntharjtuksa (7) Harjtukset (KOMPRIMOINI) Kmressreja käytetään esmerkks seuraavssa svelluksssa: kaasujen srt, neumaattnen kuljetus anelmahult rsesstellsuudessa kaasureaktden, kaasujen nesteyttämsen ja kylmälatteden vaatman krkean aneen tuttamnen Kmressren äätyyt vat: mäntäkmressr keskakkmressr yörvät syrjäytyskmressrt Kuvassa n estetty klmvahesen mäntäkmressrn tmntaeraate. Kmressr kästtää klme anesylnterä. Pane n mataln sylnterssä ja krken sylnterssä. Sylntern kk enenee aneen kasvaessa, mkä nkn lunnllsta, kun mustamme kaasun tlavuuden enenevän aneen nustessa ltlan yhtälön mukasest. Jkasen vaheen jälkeen n vesjäähdytys. Männät vat knntetty kakk samaan männänvarteen. Mäntäsysteemn lkkuessa vasemaan n ensmmäsessä sylnterssä muvahe, tsessa sylnterssä urstusvahe ja klmannessa sylnterssä muvahe. Mäntäsysteemn srtyessä keaan n vastaavast ensmmäsessä vaheessa urstusvahe, tsessa sylnterssä muvahe ja klmannessa urstusvahe. Kuva. Klmvahesen mäntäkmressrn tmntaeraate ja vastaava ane-tlavuuskuvaaja (Karjalaht 976, 45) Edellä selstettua tlannetta valasee saltaan kuvan () yhteyteen rretty ane-tlavuuskuvaaja. Väl AB vastaa. vaheen mua, BC. vaheen urstusta, CD väljäähdytystä, DE. vaheen urstusta, EF väljäähdytystä, FG. vaheen urstusta ja GH lujäähdytystä ja kaasun stumsta. vaheesta Jäähdytyksen vdaan tdeta enentävän kaasun tlavuutta aneen ysyessä vakna avan kuten ltlan yhtälö (V/ = vak) sttaa. Kuvasta () vdaan tdeta, että useamvahenen urstus lähenee stermstä urstusta, mkä samalla merktsee urstukseen kuuluvan mekaansen työn enenemstä verrattuna yksvaheseen urstukseen. Pyrttäessä krkesn anesn n järkevää surttaa urstus useassa vaheessa, kska lämötla muuten khas lan krkeaks. Yksvahesta urstusta käytetään,6,8 MPa saakka. Mnvahesssa urstuksssa vaheden lukumäärä v khta ana kuuteen.

2 Kmrmntharjtuksa (7) arvttaven urstusvaheden lukumäärä vdaan laskea seuraavan yhtälön avulla: x n x n n yhden vaheen urstussuhde (luaneen suhde alkuaneeseen) n vaheden lukumäärä n ensmmäsen vaheen alkuane ja n vmesen vaheen luane. Yllä estetystä yhtälöstä saaan ratkastua n: lg n lg lg x Käytännössä x:n arv vahtelee välllä,5,5. Kaasujen lsuhteden muutkset termdynamkassa: Istermnen kakk lämö jhdetaan systeemstä uls Adabaattnen rsess kakk lämö jää systeemn ssään Esttävät kahta deaalsta rajataausta. Panelsuhteet ja urstustyö vat tunnusmasa suureta nälle lsuhdemuutkslle. Plytrnen urstus dellnen urstusrsess. Asettuu mlemen raja taausten, deaalsen lämmönjhtumsen ja deaalsen lämmönerstyksen, väln. Jäähdytyksellä estetään kaasun vmakas lämenemnen ja lähestytään stermsen rsessn enemää energankulutusta. Jäähdytetyt urstusrsesst nudattavat abaattsen urstuksen yhtälötä, kun abaatteksnentt krvataan lytreksnentlla n ( < n < ). ästä seuraa ylesest stermselle, lytrselle ja abaattselle urstustyölle samalla anesuhteella: ( s < l < ) Puhaltmen tuttama ane-er, kun srretään lmaa: w wd ( ) ( s d ) ( st, d ) ( st, s ws ) n ane tlassa, jsta uhalln ttaa lman, Pa n ane tlassa, jhn uhalln kuljettaa lman, Pa Δ s n anehävö muutkstssa, Pa Δ d n anehävö aneutkstssa, Pa st,s n staattnen ane mutlassa, Pa st,d n staattnen ane anetlassa, Pa w n lman neus staukssa, m/s w s n lman neus muulella, m/s w d n lman neus aneulella, m/s ρ n lman theys, kg/m Adabaattnen urstustyö: (Kakk lämö jää systeemn ssään!) n n nv nr

3 Kmrmntharjtuksa (7) Istermnen urstustyö: (Kakk lämö jhdetaan systeemstä uls!) s V ln Istermnen tehkkuus: s Purstussuhde: x n Lämötlan ja aneen ruvuus abaattsessa urstuksessa: ( ) NP lsuhteet: 7K P,5kPa V dm,4 ml

4 Kmrmntharjtuksa 4(7) Kmrmnt. Määrää yksvahesen mäntäkmressrn tehntarve sekä lämötla urstuksen jälkeen, kun kmressr urstaa 46 m h - (nrmaallsuhtessa) ammnakka aneesta 55 kpa aneeseen, MPa. Alkulämötla n -C. Adabaattnen hyötysuhde kmressrlle n,7 ja abaattkerrn ammnaklle n,9. (Laskettava lettaen, että kaasun lämötla ennen urstusta e nuse suuremmaks kun 7C ekä urstuksen jälkeen suuremmaks kun 47C). Q 46 m h 55 kpa, =,7 =,9 (abaattkerrn) R = 8,4 Jml kpa C 6 K - K Kmressrn tekemä abaattnen urstustyö: R,9,9 kpa,9 - ( ) 8,4Jml K 6K ( ) 48 Jml,9 55kPa Q 46 m h,4 46m h m ml 6sh ml s - 5,7 ml s - P Q 48sml 5,7ml s,7 - =, k Lämötlan tarkstus abaattsen urstuksen lussa: ( ),9,9 kpa ( ) 6K ( ) 7,4 K C < 47 55kPa C Js kästellään reaalsena (M ammnakk = 7 gml - ): R M,9,9,9 8,4 - Jml K 6 kpa 4 Jkg K,9 7gml 55kPa ammn M 7gml.,76 kgm,4,4dm ml - Q - 46 m h,76 kgm 5 kgh -

5 Kmrmntharjtuksa 5(7) - 4 Jkg 5 kg P,7 6 s, k Kmrmnt. Kmressr urstaa m h - metaana aneeseen 56 kpa. Kaasu metään nrmaal-lmakehän aneesta lämötlassa C. Kmrmnt taahtuu klmessa vaheessa ja metaan jäähdytetään alkulämötlaansa vaheden välllä. Määrää a) tehntarve, kun abaattnen hyötysuhde n,7 ja b) lämötla kunkn kmrmntvaheen lussa. Metaanlle abaattkerrn =,. Purstussuhde x: 56kPa x n,77 x,77, kpa. vahe, 79. vahe vahe 7 56 a) ereettnen työ (n= -> vahetta) n R ( κ κ ) κ κn,, 56kPa, 8, 4Jml K K ( ) 46 sml,, kpa V V V - K, 4dm ml - 7K 4, 9 dm ml ehn tarve: - Q m h 46 sml 5, 4k η 6 sh 4, 9 m ml, 7 P - b) Lämötla kunkn kmrmntvaheen lussa: kpa, 79 K 47 K 7,8, kpa, C

6 Kmrmntharjtuksa 6(7) Kmrmnt. On tarktus kmrmda hakaasua, MPa aneesta MPa aneeseen. Kunka mnta vahetta kmrmnnn tulee kästtää ja mtkä vat er vaheden alku- ja luaneet? (Oleta laskussa, että yhden vaheen urstussuhteen arv n,5) Kmrmnt 4. Vetyä kmrmdaan 5 mh - aneesta kpa aneeseen 88 kpa kaksvahesella kmrmnnlla. Vedyn alkulämötla n 5 C. Kknashyötysuhde n,75. Vedylle baattkerrn n,4 ja ylenen kaasuvak R n 8,4 Jml - K -. Vaheden välllä kaasu jäähdytetään alkulämötlaansa. Laske a) tereettnen abaattnen urstustyö kaasumla kht b) lulämötla c) tarvttava mttrteh. (Vastaus: a) 5,5 kjml -, b) C ja c) 6 k) Vnkkejä tehtävään 4: Adabaattnen urstustyö. Yhtälöä vdaan käyttää van, js kaasu jäähdytetään välllä alkulämötlaansa. n n R Ratkase tlavuus urstuksen alussa (V ) NP-lsuhteden tetjen avulla: V V Nrmaallsuhteet: NP: = 7 K, =,5 kpa ja V =,4 dm /ml ehn tarve: Q P Ole tarkka dmensden kanssa! Lata dmenst täsmäämään! Musta: [P] = att Purstussuhde: x n Laske aneet ekan vaheen lussa ja tkan vaheen lussa: x seuraava edellnen Laske lulämötla: Yhtälöä käytetään kerrallaan yhden vaheen yl: alusta vältlaan/vältlasta luun. Kska er vahessa lähdetään ana samasta lämötlasta lkkeelle, nn veresen yhtälön mukaan vaheden lussakn äädytään keskenään samhn lämötlhn!

7 Kmrmntharjtuksa 7(7) Kmrmnt 5. Klmvahesen kmressrn n urstettava lmaa 4 kpa:n aneesta ja 8 K:n lämötlasta 4 kpa:n aneeseen. Laske er vahessa saavutetut aneet ja vattu työ kaasuklgrammaa khden. Oletetaan urstus abaattseks ja lma jäähdytetään alkueräseen lämötlaan vaheden välllä. Kaasuvak R = 8,4 Nm/mlK, abaatteksnentt lmalle =,4 ja lman mlmassa 9 kg/kml. (Vastaus: vaheden aneet 48 ja 8 kpa; vattu työ: kj/kg) Vnkkejä tehtävään 5: - Laske urstussuhde - Purstussuhteen avulla saaan välaneet - Laske lman tlavuus massaykskköä khden - Laske luks vattu työ kaasuklgrammaa khden