Thermodynamische Aufgabe zum Kreisprozess lösbar?

In Vorbereitung auf meine Prüfung rechne ich aktuelle Aufgaben zur Thermodynamik. Ich entschuldige mich vorab, dass hier teilweise immer die gleichen Leute antworten müssen, ich habe aber echt viele Aufgaben zur Verfügung und leider hapert es immer hier und da:

Zur Aufgabe:
Mit 850 kg/h N, wird folgender Kreisprozess durchgeführt: Von einem Ausgangszustand von 1.6 bar und 24 °C wird das Gas dreistufig reversibel adiabat und mit isobarer Zwischenkühlung auf die Ausgangstemperatur verdichtet. Dann isobar auf eine Temperatur von 900°C aufgeheizt. Anschließend wird das Gas reversibel adiabat auf 2.1 bar und 204 °C entspannt und abschließend isobar auf die ‚Ausgangstemperatur abgekühlt.

Man soll nur Stoffwerte aus der Aufgabenstellung, dem Prüfungspaket und den Angaben in den Unteraufgaben verwenden. Keine eigenen Ergebnisse aus anderen Unteraufgaben! (Alle Prozessschritte sind reversibel und Stickstoff kann als ideales Gasangenommen werden.)

geg:

P7 = 45.4 bar

P5 = 14.4 bar

und somit auch m´= 850 kg/h N2

cp für Stickstoff übrigens 1,039 kJ/kg und Gaskonstante 297 J/kgK falls wichtig

a.) In Aufgabe a) ist der Druck p2 in bar gefragt. Ich blicke jedoch nicht ganz durch, wann genau welche Stufe erreicht ist. Gibt es mit der dreistufigen Verdichtung, dann quasi 7 Stufen? und wie errechnet sich der Druck p2?

b.) In b) ist die Temperatur 6 gefragt.

c.) Berechnen Sie das spezifische Volumen, v1 in m’/kg

d.) Berechnen Sie die spezifische Entropie, s8 in kJ/(kgK)

e.) Berechnen Sie den zugeführten Wärmestrom der Zustandsänderung 6->7,

Q´6->7 in kj/h

T6 ist hier zu 407°C

Zur Info: Ich hatte schon überall Ergebnisse eingetragen, habe jedoch keine Rechenwege dazu. Sofern es hilft aber hier meine Lösungen:

a) 4,88 bar

b) 408,44°C

c) 0,55 m3/kg

d) 0,363 kJ/kgK

c) 435392,95 kJ/h

Vorab vielen Dank für jegliche Hilfe. LG

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Komme nicht auf Aufgabe a) Nennwärmeleistung der Hackgutfeuerung und des Biogas-Brenners, muss ich zuerst Verluste und dann Gleichzeitigkeit rechnen?

1)  Die Wärmeabner eines Nahwärmenetzes sollen mit 7,5 Millionen kwh jährlich versorgt werden. Die Summe aller Wärmehöchstlasten (bzw. Summe Anschlussleistungen) beträgt 2,6 MW. Der Gleichzeitigkeitsfaktor wird mit 0,93 und die Netzverluste mit 11% angenommen. Zur Grundlastabdeckung wird eine mit Hackgut befeuerte Vorschubfeuerung (Wirkungsgrad = 80%) mit einer Leistung von 40% der Spitzenleistung der Wärmeerzeugung (Netzhöchstlast) verwendet. Aus der Jahresdauerlinie ist zu entnehmen, dass 70% der gesamten erforderlichen Wärmemenge mit der Hackgutfeuerung gedeckt werden kann. Der Spitzenbedarf soll mit einem Biogas-Brenner (Wirkungsgrad nSL = 85%) als Spitzenlastkessel bereitgestellt werden.

 Gesucht:

a)  Nennwärmeleistung der Hackgutfeuerung und des Biogas-Brenners

b)  Vollast-Benutzungsdauer der Hackgutfeuerung und des Biogas-Brenners

c)   Jährlicher Hackgutbedarf (Hu(wf) =18,4 MJ/kg; w = 25%, a = 0,5%) und jährlich anfallende Aschemenge

d)  Jährlicher Biogasbedarf (20 MJ/m³) des Spitzenlaskessels

 Hu(w) = Hu(wf) * (1-w) – (2,44 * w)….2,44 MJ/kg…Verdampfungswärme von Wasser bei 25 Grad Celcius.

 2)  Zeichne zu den Angaben bzw. ergebnissen aus Aufgabe 1) eine Jahresdauerlinie (inkl. Achsenbeschriftung) mit Hackgut- und Spitzenlaskessel.

3)  Beschreibe den Unterschied zwischen Gegendruck- und Kondensationsturbine?

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Wie errechne ich hier die Masse Wasser und lese das Mollier-Diagramm ohne Schnittpunkt von Temp. T und Luftfeuchte phi?

In einem Wäschetrockner wird Feuchte Luft (Relative Feuchte von 85%) mit Hilfe eines Kondensators aus der Maschine als Kondensat bzw. flüssiges Wasser herausgeführt. Der Trocknungsvorgang wird bei p=1,013 bar durchgeführt. Die Feuchte Luft wird im Kondensator von 75 °C auf 25°C herabgekühlt. Berechnen Sie die Masse Wasser die pro kg Luft auskondensiert, unter der Annahme dass der restfeuchte Luftstrom den Kondensator im Sättigungszustand verlässt.

Zusätzlich kam es zu Problemen im Mollier-Diagramm: Ich wollte die Werte für die Enthalpie sowie den Wassergehalt ablesen. Diese sind für T= 25°C x2= etwa 20 g/kg und h2= 76 kJ/kg. Bei 75°C kommt es aber zu keinem Schnittpunkt mit der bereits bekannten Luftfeuchte von 80%, wie soll ich so die anderen Werte ablesen können?
Zu der anfänglichen Aufgabe kam ich auf 0,278 kg Wasser pro kg Luft aber ich weiß überhaupt nicht mehr wie ich das berechnet hatte, ich weiß nur das es richtig war. Ich hoffe jemand kann helfen. Vorab schonmal vielen Dank und ich hoffe meine Problematik war verständlich. 1. Wie lese ich das h-x-Diagramm ohne Schnittpunkt von T und phi und 2. Wie errechnete ich diese Masse? LG

Bewegung, Wasser, Temperatur, Geschwindigkeit, Energie, Kraft, Wärme, Beschleunigung, Formel, Maße, Mechanik, physikalische Chemie, Physiker, Thermodynamik, Wärmelehre
Wie wird ein Flüssigkeitsthermometer verschlossen?

Ich habe mir solch ein Thermometer gebaut:

https://www.simplyscience.ch/kids/experimente/selbstgebautes-thermometer

Mit der Zeit wird das Wasser ja verdunsten, da der Strohhalm oben offen ist. Ein Tropfen Öl obendrauf könnte dagegen helfen. Den Strohhalm oben mit Knete zu verschließen würde das Verdunsten verhindern, aber ein neues Problem schaffen: Bei steigender Temperatur und aufsteigender Wassersäule würde sich dann in dem geschlossenen Strohhalm oberhalb der Wassersäule ein Druck aufbauen, der von oben auf die Wassersäule drückte, sodass die Wassersäule nicht mehr linear pro Temperaturänderung hochsteigen würde.

Wie lösen die Flüssigkeitsthermometer im Handel, die ja geschlossen sind, dieses Problem?

Bonusfragen:

1. Warum füllen die in der Anleitung die Wasserflasche bis zum Anschlag mit Wasser? Wäre es nicht besser, möglichst wenig Wasser zu verwenden, also z. B. nur so viel Wasser zu verwenden, dass sich der Strohhalm gerade komplett mit Wasser füllen könnte? Da Luft eine viel niedrigere Wärmekapazität hat als Wasser wird sie schneller die Umgebungstemperatur annehmen und umso weniger Wasser vorhanden ist umso schneller wird es ebenfalls die Umgebungstemperatur annehmen. Insgesamt wird das Thermometer umso schneller reagieren, je weniger Wasser verwendet wird. Warum also die Flasche komplett auffüllen?

2. Welche Temperaturbereiche können mit Flüssigkeitsthermometern maximal gemessen werden?

Wasser, Temperatur, Druck, Thermodynamik, Wärmelehre, Thermometer
Kann jemand drüberschauen?

Aufgabe 1: 10Liter Wasser von 4°C sollen auf 80°C erwärmt werden. Die Dichte von Wasser beträgt bei

4°C 1 g/cm^3, y = 2*10^-4 *1/°C

a) Welchen Rauminhalt nehmen 10Liter Wasser von 4°C bei 80°C ein?

geg.: 10L, ∆T = 76°C

ges.: V2

V2 = V1 + (1 + 2 * 10^-4 + 1/°C (∆T))

V2 = 10000cm³ + (1 + 2 * 10^-4 + 1/°C (76°C))

V2 = 10000cm³ + 1,0152 cm³

V2 = 10001,0152 cm³

b) Welche Wärmemenge wird zur Erwärmung von 10Liter Wasser von 4°C auf 80°C benötigt?

Q = c * m * ∆T

Q = 4,182 * 10000g * 76°C

Q = 3178,320 J

Aufgabe 2: Welche Wärmemenge benötigt man, um 200g Blei von 20°C zum Schmelzen zu bringen? Schmelztemperatur von Blei 327°C, spezifische Schmelzwärme 25,12 J/g Spezifische Wärmekapazität von Blei c = 0,130

Q = (m * q) + (m * c * ∆T)

Q = (200g * 25,12 J/g) + (200g + 0,130 * 307°C)

Q = 5024 + 7982

Q = 13006 J

A: Es werden 13006 J zum schmelzen von 200g Blei benötigt.

Aufgabe 3: Es werden 100g Glaskugeln von 20°C in 300g Wasser von 60°C geschüttet. Welche Teperatur stellt sich ein? cGlas = 0,754 J/g*K

Q1 = cGlas * m * ∆T

Q1 = 0754 * 100 * 20

Q1 = 1508

Q2 = cWasser * m * ∆T

Q2 = 4,182 * 300 * 60

Q2 = 75276

Qges. = Q1 + Q2

Qges. = 76948,8

∆T = Q / (c * m)

∆T = 76948,8 / (4,182 * 400)

∆T = 76948,8 / 1672,8

∆T = 46°C

A: Die Temperatur des Gemischs pendelt sich bei 46°C ein.

Aufgabe 4: Wieviel Gramm Eis von 0°C können geschmolzen und anschließend als Dampf von 100°C verwendet werden, wenn eine Wärmemenge von 60 212,4 J zur Verfügung steht?

Q1 = qschm * m

Q1 = 333,7 J/g * 1g

Q1 = 333,7 J

Q2 = c * m * ∆T

Q2 = 4,182 * 1g * 100°C

Q2 = 418,2 J

Q3 = qdampf * m

Q3 = 2257 J/g * 1g

Q3 = 2257 J

Qges = Q1 + Q2 + Q3

Qges = 3008,9 J ==> 1g

60212,4 J ==> xg

Qges = 60212,4 J / 3008,9 J = 20,01g = 20g

A: Es werden 20g Eis benötigt.

Aufgabe 5: Ein Zimmer von 12m^2 Grundfläche und 2,50m höhe wird um 20°C erwärmt. Wieviel Kubikmeter Luft entweichen aus dem Zimmer?

∆V = y * V1 ∆T

∆V = 3,66 * 10-³ * 1/K * 30 *20k

∆V = 2,196m³

A: Es entweicht dem Zimmer 2,196m³ Luft.

Aufgabe 6: Um welche Temperatur muss ein Messingstab, der bei 30°C genau ein Meter lang ist, erwärmt werden, damit er 1mm länger wird?

∆l = l1 * a * (v1 – v2)

∆l = l1av2 – l1av2

-l1av2 = -l1av1 - ∆l

V2 = l1av1 + ∆l / l1a

V2 = (1m * 18 * 10^-6 * 1/°C * 30 + 0,001m ) / 1m * 18 * 10^-6 * 1/°C

V2 = 0,00154m / 0,000018 m/°C

V2 = 85,56 °C

∆V = V2 -V1

∆V = 85,56°C – 30°C

∆V = 55.56°C

A: Der Stab muss um 55,56°C erhitzt werden damit er sich um 1mm ausdehnt.

Temperatur, Wärme, Wärmelehre
Wärmekapazität und latente Wärme?

Die Zeit läuft davon...

Aufgabe:

"In einem Glas befinden sich 0.5 Liter Wasser bei einer Temperatur von T2 = 20◦C. a) Wieviel Wärme muss dem Wasser entzogen werden, um es auf die Temperatur T1 = 5◦C abzukühlen?
Hinweis für flüßiges Wasser beträgt die spezifische Wärmekapazität c_Wasser = 4.2 Jg−1K−1 . Die Dichte beträgt ρWasser = 1.0 cm−3 .

(b) In das Wasserglas aus (a) bei der Temperatur T2 = 20◦C wird ein Eiswurfel der ¨ Temperatur T0 = −18◦C gegeben. Wie groß muss die Masse des Eiswurfels ¨ mEis (gemessen in g) sein, damit nach dem vollständigen Schmelzen die Temperatur des Wassers gerade T1 = 5◦C beträgt? (Gib den berechneten Wert gerundet auf drei signifikante Stellen an.)

Hinweis: Spezifische Wärmekapazität von Eis: cEis = 2.0 Jg−1K−1 . Schmelzwärme: ∆QS = 333.5 Jg−1 . Schmelztemperatur: TS = 0◦C."

Jensek81'scher Ansatz:
a) 0, 5l = 500 cm³ = 0, 5 dm³ = 0,5 * 10^-3 m
m*p* V = 1,0 g /cm³ * 0,5 * 10^-3 m³ = 500 g

Temperaturveränderung ∆ T = T2 - T1 = 20 Grad -- 5 Grad = 15 Grad

∆Q = cw * mw * ∆T = 5,2 J / g C * 500 g * 15 C = 31500 J

b) Zunächst wird das EIs von -18 Grad au f0 Graad erwämt. Dazu wird Wärme Q1 benötigt.

Q1 = m * c * ∆T = 2,0 J/kgK * 18 Grad = 36 kJ/kg
Dann wird Eis geschmolzen. Dazu Wärme Q2

Q2 = m * q = m * 335, Jg^-1
Um das geschmolzene Wasser auf 5 Grad zu erwärmen ist Q3 erforderlich.

Q3 = m * c * ∆T = m * 4,2 Jg^-1/K^^1 * 5 K = m * 21 kJ/Kg

Q = Q1 + Q2 + Q3

m * 36 kJ/kg + m * 333,5 kJ/Kg + m * 21 kJ/kg = 31500 J
m (36 kJ/Kg + 333,35 kj/kg + 21kJ/Kg) = 31500 J
m + 390,5 kJ/kg = 31500 J

=> m = 31500 J/ 390,5 kJ/g = 80,66 g

Der Eiswrüfel hat 80,66 g

Kann das sein? oder ist das Kakolores?

Mit freundlichen Grüßen.
Ach, jetzt hätt ich schon fast ausversehen meinen Klarnamen geschrieben.
Seht ihr, soweit kommt's noch. Hahaha
Also, nochmal:

Mit freundlichen Grüßen,
Jensek81

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