Vorlesung Gerätetechnik I

Transkript

1 Vorlesung Gerätetechnik I SoSe bis 09. Oktober 2007 Dipl.-Ing. Florian Loibl Lehrstuhl für Lebensmittelverpackungstechnik

2 Aufgaben

3 Feuchte Luft, Mollier-h,x-Diagramm Wie groß ist die Enthalpie von 600 kg feuchter Luft, die eine relative Feuchte von rh = 50 Prozent und eine Temperatur von 10 C aufweist? Um wieviel müsste die Temperatur bei gleichbleibender relativer Feuchte erhöht werden, um die spezifische Enthalpie zu verdoppeln? Welche Energie und welche Wassermenge führt ein Mensch täglich ohne körperliche Tätigkeit über den Atem ab, wenn er die Umgebungsluft (20 C, 50 % rh) einatmet und mit 35 C und 65 Prozent relativer Feuchte ausatmet? Gehen Sie davon aus, dass er etwa 500 Liter Luft pro Stunde verbraucht. Die Dichte von Luft können Sie mit 1,2 kg/m³ annehmen. 3

4 Feuchte Luft, Mollier-h,x-Diagramm Ein Volumenstrom feuchter Luft von 100 m³/h wird von 10 C und einer relativen Feuchte von 60 Prozent bei einem Druck von 1 bar auf 45 C erwärmt. Wie groß ist der Wassergehalt der Luft? Welcher Wärmestrom wird zugeführt und welche relative Feuchte wird erreicht? Stellen Sie den Vorgang im Mollier-h,x-Diagramm dar. In einer Mischkammer werden zwei Feuchtluftströme (Strom 1: 2 C und rh = 90 %, Strom 2: 31 C, x = 0,02 kg/kg und m = 3,06 kg/s) zusammengeführt. Welche Zustandstandsgrößem ergeben sich, wenn der Massenstrom von Luftstrom 1 a) genauso groß ist wie bei Strom 2 bzw. b) doppelt so groß ist wie bei Strom 2? 4

5 Feuchte Luft, Mollier-h,x-Diagramm In einem Abluftwäschetrockner wird Wäsce (Trockenmasse 4 kg) eingebracht. Die zu trocknende Wäsche besitzt eine Restfeuchte von 25 Prozent. Im adiabaten Trocknungsprozess (h = const.) soll eine Restfeuchte von 5 % erreicht werden. Zustand der angesaugten Luft: 17 C, rh = 50 % Zustand der erwärmten Trocknungsluft: 35 C, x = const. Zustand der nach außen abgegebenen Trocknungsluft: 25 C, rh = 60 %, h = const. Zeichen Sie den Trocknungsprozess in das Mollier-h,x-Diagramm ein und ermitteln Sie für die drei Zustandspunkte den Wassergehalt x und die spezifische Enthalpie h. Welche Masse an Wasser muss der Wäsche entzogen werden? Wieviel kg der angesaugten Luft werden benötigt, um die der Wäsche zu entziehende Wassermenge aufzunehmen? Wieviel Energie benötigt der gesamte Trocknungsprozess? 5

6 Elektrischer Strom, Gargeräte Ein Induktionskochfeld wurde über eine Zeit von drei Stunden betrieben. Das Gerät hat in dieser Zeit eine elektrische Arbeit W von 10,8 MJ verbraucht. Folgende Messwerte wurden dabei erfasst: U eff = 228 V und I eff = 5,1 A. Berechnen Sie die Phasenverschiebung ϕ. Die Effektivwerte von Strom und Spannung können dabei als konstant angenommen werden. Ein Induktionskochfeld wurde über eine Zeit t betrieben. Das Gerät hat in dieser Zeit eine elektrische Arbeit W von 3,0 kwh verbraucht. Folgende Messwerte wurden dabei erfasst: U eff = 228 V, I eff = 6,2 A und cos ϕ = 0,5 2. Berechnen Sie die Zeit t in Stunden. Die Effektivwerte von Strom und Spannung können dabei als konstant angenommen werden. 6

7 Wiederholungsfragen zu Mikrowellen Geben Sie die ungefähre Wellenlänge und Frequenz eines Haushalts-Mikrowellengeräts an Warum erwärmt sich im Mikrowellenfeld die Milch im Glas, das Glas aber nicht? Warum erwärmen sich tiefgefrorene Stoffe nur langsam? Welche Wirkung haben Mikrowellen auf Metalle? 7

8 Aufgabe: Wärmetransport im Backofen Ein Braten wird in einem Umluftbackofen erhitzt. Nennen Sie die Mechanismen des Wärmetransports und beurteilen Sie ihre Effizienz. Warum benötigt man Umluft? Welcher Transportprozess bestimmt die Zeitdauer des Garprozesses? 8

9 Aufgabe: Wärmetransport im Backofen Ein Braten wird in einem Umluftbackofen erhitzt. Nennen Sie die Mechanismen des Wärmetransports und beurteilen Sie ihre Effizienz. Warum benötigt man Umluft? Welcher Transportprozess bestimmt die Zeitdauer des Garprozesses? Steigende Effizienz in der Reihe Wärmeleitung Wärmestrahlung Konvektion Durch die Umluft wird die Konvektion verstärkt. Die Zeitdauer des Garprozesses wird durch die Wärmeleitung im Braten bestimmt. 9