Aalto-yliopisto/Insinööritieteiden korkeakoulu/energiatalous ja voimalaitostekniikka 1(5) TEHTÄVÄ 1 *palautettava tehtävä (DL: 3.5. klo. 10:00 mennessä!) Ilmaa komprimoidaan 1 bar (abs.) paineesta 7 bar (abs.) paineeseen ja sitä käytetään mm. paineilmamoottorissa. Laske, a) Alla olevan taulukon tietojen pohjalta kompressorin ja paineilmamoottorin sähköstä työksi hyötysuhde. b) Paljonko komprimoinnissa ilmasta lauhtuu vettä, kun lämpötila pidetään jäähdytyksen avulla vakiona. ilman lämpötila on 23 C ja suhteellinen kosteus 50 %. Imuaukolla ilman tiheys on 1,18 kgki/m 3 Kompressori Paineilmamoottori Painetaso (bar) 7,0 Painetaso (bar) 7,0 Teho (kw) 28,1 Nopeus (RPM) 3000 Imu (m 3 /s) 0,10 Suorituskyky (kw) 1,15 Tuotto (m 3 /s) 0,072 Ilman kulutus (m 3 /h) 122 TEHTÄVÄ 2 Teollisuuslaitos tarvitsee prosesseihinsa höyryä kahdessa eri painetasossa: prosessi A 12 bar ja prosessi B 5 bar. Paineenalennus tapahtuu kuristamalla. Lämmöntarve molemmissa prosesseissa on 10 MW ja lauhde palautetaan kiertoon kylläisenä vetenä. a) Laske massavirrat merkityissä pisteissä (1-7). b) Laske säiliöstä P lähtevät tilavuusvirrat (. V 3 ja. V 4) c) Mitoita putkiyhteet kohtiin 3 ja 4, kun kylläiselle höyrylle ja kylläiselle vedelle valitaan virtausnopeuksiksi w3 20 m/s ja w4 2 m/s. d) Laske prosessin vuotuisesta höyryn kulutuksesta aiheutuvat kustannukset. Laitoksen käyttämä höyry maksaa 7 /höyrytonni. Oletetaan että prosessien höyryntarve on tasaista koko vuoden ja prosessit ovat toiminnassa samanaikaisesti.
Aalto-yliopisto/Insinööritieteiden korkeakoulu/energiatalous ja voimalaitostekniikka 2(5) TEHTÄVÄ 3 Teollisuuslaitoksella on 60 m pitkä höyryjohto (125 mm), jonka lämpötila on alussa 21 C. Putkeen johdetaan höyryä, jonka lämpötila on 180 C ja paine 1,0 MPa. Laske putkiosuuden lämmitykseen tarvittava höyryteho [kg/h], kun putkisto lämpenee käyttölämpötilaan 6 minuutissa. Laske myös tarvittava hetkellinen lauhteenpoistokapasiteetti. Höyrystymislämpö käyttöalueella on noin 2015 kj/kg. Höyryputken massa laippoineen on 18,5 kg/m ja teräsputken ominaislämpökapasiteetti on 0,49 kj/kg C. TEHTÄVÄ 4 Kuvassa 1 on esitetty erään prosessin höyrynkulutuksen vaihtelu yhden työkierron aikana. Kattilan työpaine p1 = 10 bar (oletetaan kylläinen höyry) ja kulutusverkon tarvitsema paine p2 = 4 bar. Prosessista höyrykattilan syöttövesisäiliölle palaava lauhde on 4 bar kylläistä vettä ja lauhteenpalautusprosentti on 100 %. Selvitä työkierron höyrynkulutus ja määritä akun tilavuus, kun halutaan kattilalle vakioteho koko työkierron ajaksi. Kuva 1. Erään prosessin höyrynkulutuksen vaihtelu
Aalto-yliopisto/Insinööritieteiden korkeakoulu/energiatalous ja voimalaitostekniikka 3(5) Yhteenveto akun tilavuuden määrittelystä Akun tilavuuden määrittelemiseksi on tiedettävä varastoitava höyrymäärä ja akun käyttöpaine eli latauspaine, sekä purkaushöyryn kuluttajien tarvitsema paine eli purkauspaine. Kun varastoitava höyrymäärä jaetaan lataus- ja purkauspaineita vastaavalla ominaisvarauskyvyllä, saadaan tarvittava vesitilavuus. Näin saatu vesitilavuus saavutetaan silloin, kun akku on täysin ladattu, joten latauksen alussa vesimäärä on lataushöyryn määrän verran pienempi. Edellä selostetun höyrytilan tilavuuden määrittelyn mukaan höyrytilan tulee olla noin 5-15 % akun kokonaistilavuudesta silloin, kun akku on täysin ladattu, joten kokonaistilavuus voidaan laskea yhtälöstä G V, gv 0,85...0,95 jossa V = akun tilavuus (m³) G = varastoitava höyrymäärä (kg) gv = ominaisvarauskyky (kg/m³)
Aalto-yliopisto/Insinööritieteiden korkeakoulu/energiatalous ja voimalaitostekniikka 4(5) Kuva 2. Höyryakun rakenne Kuva 3. Pieni pystyvaraaja latauslaitteineen ja yhteineen
Aalto-yliopisto/Insinööritieteiden korkeakoulu/energiatalous ja voimalaitostekniikka 5(5) Kuva 4. Ominaisvarauskyky eri lataus- ja purkauspaineilla (paine abs.)