Musterlösung Aufgabe 1: Wärmepumpe / Klimaanlage

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Harald Weiß
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1 Klauur Thermodynamik II ( ) 1 Muterlöung Aufgabe 1: Wärmepumpe / Klimaanlage Teilaufgabe a) 3 Punkte Wärmeübertrager 2 bendet ich auerhalb und Wärmeübertrager 1 innerhalb de Haue. Der WÜ, der Dampf zum Verdichter liefert mu zuvor Wärme aufnehmen. Beim Kühlen it dementprechend WÜ 1 der Verdampfer (dieer entnimmt Wärme au den Wohnräumen) und WÜ 2 der Kondenator (gibt Wärme an die Auenluft ab). Teilaufgabe b) h 1 interpolieren: h 1 516; 66 + h 2 ableen h 2 559; 67 5 Punkte! 523; ; ; ; 15 (286; ; 15)! 2; ; interpolieren: 1 2; ; ; 15 (286; ; 15)! 559; ; 8 h 2 interpolieren: h 2 552; 8 + 2; 147 2; 127 (2; ; 127) ;V h 2 h 1 h 2 h 1 0; ; 62 K 2; 1324 K 554; 64 Teilaufgabe c) 2 Punkte h 3 h 4 279; 52 ; h 1 520; 62 _Q 41 4 kw _m R32 (h 1 h 4 ) _m R32 _Q 41 0; h 1 h 4 Teilaufgabe d) 5 Punkte ex _E 41;Sommer P v x 4 h 4 h 0 (p 4 ) h (p 00 4 ) h (p 0 4 ) 279; ; 74 0; ; ; 74 4 (1 x 4 ) 0 (p 4 ) + x 4 00 (p 4 ) 1; 281 K T m;41 h (520; ; 52) (2; ; 281) 283; 18 K K _E 41 (1 T u 305; 15 K ) _Q 41 (1 ) 4 kw 0; 3102 kw T m;41 283; 18 K P v _m R32 (h 2 h 1 ) 0; 6479 kw ex 0;

2 Klauur Thermodynamik II ( ) 2 Teilaufgabe e) 2 Punkte Im Winter, weil die Wärmeaufnahme häug bei Temperaturen unterhalb von T 283; 15 K tattndet und omit auch p niedriger it. p Kond > p Verd!Winter p Kond p Verd!Sommer Teilaufgabe f) 2 Punkte _Q 23 5 kw; P v 1 kw _Q 41 _Q 23 P v 4 kw Teilaufgabe g) 7 Punkte 2

3 Klauur Thermodynamik II ( ) 3 Muterlöung Aufgabe 2: Feuchte Luft Teilaufgabe a) 3 Punkte Michkammer Klimaanlage Raum m 1 m 2 m 3 m 4 Q zu m H2O Q ab 5 m 5 0,3 m 4 0,7 m 4 Teilaufgabe b) 4 Punkte Waergehalt: p D ' p D; x 0; ; 6222 ; mit ' p D p ge p D p ge ' p D; p D; Dampfdruckkurve Waer: ln(p D; mbar) 18; 9141 (t C + 234; 4623) Zutand 1: ln(p D;;1 mbar) 18; 9141 (t 1 C + 234; 4623) 18; 9141 ( ; 4623) p D;;1 e 4;1392 mbar 62; 75 mbar 4; 1392 p D;1 ' 1 D;;1 x 1 0; ; 6222 p ge p D;1 p ge ' 1 p D;;1 0; 9 62; 75 mbar 0; ; 7 (g) 1013; 25 mbar 0; 9 62; 75 mbar Zutand 3: ln(p D;;3 mbar) 18; 9141 (t 3 C + 234; 4623) 18; 9141 ( ; 4623) p D;;1 e 3;2751 mbar 26; 44 mbar 3;

4 Klauur Thermodynamik II ( ) 4 p D;3 ' 3 D;;3 x 3 0; ; 6222 p ge p D;3 p ge ' 3 p D;;3 0; 6 26; 44 mbar 0; ; 9 (g) 1013; 25 mbar 0; 6 26; 44 mbar Teilaufgabe c) 6 Punkte Maenerhaltung trockene Luft: _m tr:l;2 _m tr:l;1 + _m tr:l;5 _m tr:l;1 + 0; 3 _m tr:l;4 ; mit _m tr:l;4 _m tr:l;2 _m tr:l;2 _m tr:l;1 + 0; 3 _m tr:l;2 _m tr:l;2 _m tr:l;1 0; 5 0; ; 7 0; 7 Maenerhaltung Waer: x 2 _m tr:l;2 x 1 _m tr:l;1 + x 5 _m tr:l;5 x 1 _m tr:l;1 + x 4 0; 3 _m tr:l;4 ; mit _m tr:l;4 _m tr:l;2 und _m tr:l;1 _m tr:l;2 0; 7 x 2 0; 7 x 1 + 0; 3 x 4 0; 7 36; 7(g) + 0; 3 16(g) 30; 49(g) Enthalpiebilanz: _m tr:l;2 h 1+x;2 _m tr:l;1 h 1+x;1 + _m tr:l;5 h 1+x;5 ; mit h 1+x;5 h 1+x;4, _m tr:l;5 0; 3 _m tr:l;4 und _m tr:l;4 _m tr:l;2 h 1+x;2 _m tr:l;1 _m tr:l;2 h 1+x;1 + 0; 3 h 1+x;4 - Punkte 1, 2 und 3 liegen im ungeättigten Bereich (h. Diagramm) h 1+x;1 c p;l t 1 + x 1 ( h v + c p;d t 1 ) (1; ; 0367 ( ; 86 37)) h 1+x;4 c p;l t 4 + x 4 ( h v + c p;d t 4 ) (1; ; 016 ( ; 86 26)) h 1+x;2 _m tr:l;1 h 1+x;1 + 0; 3 h 1+x;4 0; 5 131; 53 _m tr:l;2 0; ; 3 66; ; ; 53 66; 96 h 1+x;2 c p;l t 2 + x 2 ( h v + c p;d t 2 ) t 2 h 1+x;2 x 2 h v c p;l + x 2 c p;d 112; 16 0; C 33; 78 C 1; ; ; 86 4

5 Klauur Thermodynamik II ( ) 5 Teilaufgabe d) 3 Punkte ' 1 p D; x x 2 0; 6222 p ge p D; p D; x 2 p ge 0; ; bar x 2 + 0; ; ; ; 0473 bar Dampfdruckkurve: ln(p D; mbar) 18; 9141 t C t (t C + 234; 4623) 234; ; 9141 ln(p D; mbar)! 18; 9141 ln(47; 3 mbarmbar) 234; 4623 C 31; 90 C Teilaufgabe e) 7 Punkte Waerentnahme: Maenbilanz Waer: _m tr:l;2 x 2 _m tr:l;3 x 3 + _m H2O ; mit _m tr:l;2 _m tr:l;3 _m H2O (x 2 x 3 ) m tr:l;2 (30; 49 gw gw L 9; 9 ) 0; ; 71 gw L L Kühl- und Heizleitung: erhitzen 3 2 φ 1 3* kühlen Waerentnahme 2* 5

6 Klauur Thermodynamik II ( ) 6 t 2 t 3 x 2 x 2 p D;3 x 3 x 3 0; ; 6222 p ge p D;3 p ge p D;;3 0; x 3 1; bar 0; ; ; bar p D;;3 p ge p D;;3 ; mit ' Umtellen der Dampfdruckkurve: t 3 C 234; ; 9141 ln(p D;;3 mbar)! t 3 18; 9141 ln(15; 87 mbarmbar) 234; 4623 C 13; 89 C h 1+x;3 c p;l t 3 +x 3 ( h v +c p;d t 3 ) (1; ; 89 +0; 0099 ( ; 86 13; 89)) h 1+x;3 c p;l t 3 + x 3 ( h v + c p;d t 3 ) (1; ; 0099 ( ; 86 22)) 38; 99 47; 31 h 1+x;2 c p;l t 2 + x 3 ( h v + c p;d t 2 ) + (x 2 x 3 ) c p;w t 2 (1; ; ; 0099 ( ; 86 13; 89) + (0; ; 0099) 4; 19 13; 89) 40; 19 _Q ab _m tr:l;2 (h 1+x;2 h 1+x;2 ) 0; 7143 _Q zu _m tr:l;2 (h 1+x;3 h 1+x;3 ) 0; 7143 (40; ; 16) (47; 31 38; 99) 51; 41 kw 5; 94 kw 6

7 7 Klauur Thermodynamik II ( ) 4 Punkte Teilaufgabe f) h1+x,x - Diagramm für feuchte Luft bei pge 1,01325 bar % 80% % 2 45 h1+x [/k ] * xmw/mtr.l [g/] 2* Teilaufgabe g) 1 Punkte - innere Wärmeübertragung von Z2 nach Z3 - Michungpunkt Z2 ändern, oda etwa weniger gekühlt werden mu (Luftqualität beachten) - Aborptionkältemachine, da e ehr warm in Taiwan it 7

8 Klauur Thermodynamik II ( ) 8 Muterlöung Aufgabe 3: Brennkammer Teilaufgabe a) 4 Punkte i i M i i M i mit: i M i Methan M Methan + Ethan M Ethan + Sticktoff mit: i M i 0; 75 0; 17 0; ; 04 30; 07 28; 01 M Sticktoff 0; ; ; ; 0553 Methan 84; 60% ; Ethan 10; 23% ; Sticktoff 5; 17% Teilaufgabe b) 5 Punkte Methan : 0; 846 CH O 2 CO H 2 O Ethan : 0; 1023 C 2 H 6 + 3; 5 O 2 2 CO H 2 O Stickto : 0; 0517 N 2 N 2 0,846 CH 4 + 0,1023 C 2 H 6 + (2*0,846+3,5*0,1023)* O 2 + (0,052+*0,79/0,21*O min ) N 2 (0,846*1+0,1023*2) CO 2 + (0,846*2+0,1023*3) H 2 O + ((-1)*(2*0,846+3,5*0,1023)) O 2 + (0,052+*0,79/0,21*O min ) N 2 0,846 CH 4 + 0,1023 C 2 H 6 + 2,255 O 2 + 8,535 N 2 1,051 CO 2 + 1,999 H 2 O + 0,205 O 2 + 8,535 N 2 Teilaufgabe c) 7 Punkte _Q 12 _n BS Edukte y i c p;i (T 1 T ) + y i B h + P rodukte y i c p;i (T 2 T ) _Q 12 _n BS A + B + C A Edukte y i c p;i (T 1 T ) (0; ; ; ; ; ; ; ; 50) (300 25) 99; 9 8

9 Klauur Thermodynamik II ( ) 9 B y i B h (0; ; ; ; ; ; 255 0) C P rodukte y i c p;i (T 2 T ) +1; ; 6 + 1; ; 1 + 8; ; ; 844 (1; ; ; ; ; ; ; ; 44) (500 25) 182; 122 _Q 12 _n BS A + B + C 300 MW mol 403; ; 9 825; ; 122 Teilaufgabe d) 8 Punkte Löungweg 1: _Q 1 _Q 23 _Q 1 _n BS y i;e c p;i;e (T 1 T T heta ) 403; 431 mol 40; 28 MW J (0; ; ; ; ; ; ; ; 50)[ ] (300 25)K mol K _Q 23 _n BS y i;p c p;i;p (T 3 T 2 ) 40; 28 MW _Q 23 T 3 _n + T 2 BS y i;p c p;i;p 40; 28 MW T 3 403; 431 mol (1; ; ; ; ; ; ; ; 44) [ J ] + C mol K ; 76 C 9

10 Klauur Thermodynamik II ( ) 10 Löungweg 2: cp;i;p y i ; P 1; ; ; ; ; ; ; ; 44 c p;abga yi ; P 11; 79 _Q 1 _n BS A 403; 431 mol 99; 9 40; 28 MW _n Abga _n BS y i ; P 403; 431 mol 11; ; 315 mol 32; 52 J mol K _Q 1 _Q 23 _Q 23 T 3 + T 2 _n Abga c p;abga 40; 28 MW T ; 315 mol J 32; 52 mol K C 238; 76 C Teilaufgabe e) 2 Punkte Stomengentrom nein; y E 11; y P 11; 79 Volumentrom nein; in erter Näherung: ideale Gageetz pv RT v 2 v 1 T2 T 1 Maentrom ja; Maenerhaltung 10

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