Wichtige Hinweise zum Ablauf dieser Prüfung!

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1 Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Fach Kraft- und Arbeitsmaschinen Art der Leistung Prüfungsleistung Klausur-Knz. WI-KMA-P 0050 Datum Wichtige Hinweise zum Ablauf dieser Prüfung! Die Klausur besteht aus zwei Teilen: Im. Teil werden Ihnen Aufgaben gestellt, die Sie ohne Hilfsmittel zu lösen haben. Im. Teil werden Ihnen rechnerisch zu bewältigende Aufgaben vorgelegt, die Sie mit den angegebenen Hilfsmittel lösen dürfen. Dieser Aufgabenteil wird Ihnen erst dann ausgehändigt, wenn Sie Ihre Arbeitsblätter und Aufgabenstellungen zum. Teil beim Aufsichtsführenden abgegeben haben. Beachten Sie bei Ihrer Zeiteinteilung, dass für die Lösung des. Aufgabenteils im Durchschnitt 50 Minuten einzuplanen sind. Ausgegebene Arbeitsblätter zum. Teil: + zum. Teil: Abgegebene Arbeitsblätter zum. Teil: zum. Teil: Ort, Datum Ort, Datum Aufsichtsführende(r) Prüfungskandidat(in) Mantelbogen, Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KMA-P 0050

2 Mantelbogen, Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen. Teil der Klausur. Teil der Klausur Aufgabe Summe max. Punktezahl erreichte Punktezahl. Prüfer Gesamtpunktzahl Prüfungsnote Name des. Prüfers in Druckbuchstaben Name des. Prüfers in Druckbuchstaben Datum, Unterschrift. Prüfer Datum, Unterschrift. Prüfer Anmerkungen des Erstprüfers: Datum,. Prüfer Anmerkungen des Zweitprüfers: Datum,. Prüfer WI-KMA-P 0050 Seite 4

3 Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Fach Kraft- und Arbeitsmaschinen Art der Leistung Prüfungsleistung Klausur-Knz. WI-KMA-P 0050 Datum Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich: Verwenden Sie ausschließlich das vom Aufsichtsführenden zur Verfügung gestellte Papier, und geben Sie sämtliches Papier (Lösungen, Schmierzettel und nicht gebrauchte Blätter) zum Schluss der Klausur wieder bei Ihrem Aufsichtsführenden ab. Eine nicht vollständig abgegebene Klausur gilt als nicht bestanden. Beschriften Sie jeden Bogen mit Ihrem Namen und Ihrer Immatrikulationsnummer. Lassen Sie bitte auf jeder Seite / ihrer Breite als Rand für Korrekturen frei, und nummerieren Sie die Seiten fortlaufend. Notieren Sie bei jeder Ihrer Antworten, auf welche Aufgabe bzw. Teilaufgabe sich diese bezieht. Die Lösungen und Lösungswege sind in einer für den Korrektor zweifelsfrei lesbaren Schrift abzufassen. Korrekturen und Streichungen sind eindeutig vorzunehmen. Unleserliches wird nicht bewertet. Bei nummerisch zu lösenden Aufgaben ist außer der Lösung stets der Lösungsweg anzugeben, aus dem eindeutig hervorzugehen hat, wie die Lösung zustande gekommen ist. Zur Prüfung sind bis auf Schreib- und Zeichenutensilien ausschließlich die nachstehend genannten Hilfsmittel zugelassen. Werden andere als die hier angegebenen Hilfsmittel verwendet oder Täuschungsversuche festgestellt, gilt die Prüfung als nicht bestanden und wird mit der Note 5 bewertet. Hilfsmittel: Bearbeitungszeit: 90 Minuten Für die Aufgaben bis 4: keine Anzahl Aufgaben: Höchstpunktzahl: Vorläufiges Bewertungsschema: Viel Erfolg! von Punktzahl bis einschl. Für die Aufgaben 5 bis 7: Studienbriefe, Taschenrechner eigener Wahl Note 95 00,0 sehr gut 90 94,5, sehr gut 85 89,5,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5, gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5,0 befriedigend 60 64,5, befriedigend 55 59,5,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Klausuraufgaben, Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KMA-P 0050

4 Klausuraufgaben Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen. Teil der Klausur ohne Hilfsmittel Aufgabe insg. 5 Punkte a) Wodurch wird die Saughöhe von Pumpen begrenzt? Pkte b) Warum kann der Förderstrom von Kolbenpumpen nicht durch die Drosselung geregelt werden? 6 Pkte c) Die meisten mehrstufigen Pumpen werden in Gliederbauart ausgeführt. Welche Vorteile hat diese Bauart? Nennen Sie mindestens drei. 6 Pkte Aufgabe insg. 6 Punkte Skizzieren Sie auf beiliegendem Arbeitsblatt die Drosselregelung einer Kreiselpumpe. Tragen Sie dazu in das Diagramm die Pumpenkennlinie ein, und ergänzen Sie das Diagramm durch die Anlagenkennlinie und den Betriebspunkt vor und nach der Drosselung. Begründen Sie kurz, in welcher Leitung (Saug- oder Druckleitung) die Drosselung vorzunehmen ist. Aufgabe insg. 8 Punkte Skizzieren auf beiliegendem Arbeitsblatt den offenen Gasturbinenprozess (nach JOULE) als Maschinenanordnung / Schaltbild. Benutzen Sie hierzu die im Arbeitsblatt vorgegebenen Symbole. Aufgabe 4 insg. 8 Punkte Vergleichen Sie die Gasturbine mit der Dampfturbine (bei Stromerzeugung) mit dem Verbrennungsmotor (als allgemeine Antriebsmaschine im kleinen Leistungsbereich) indem Sie von den nachstehend genannten Kriterien die jeweils zutreffenden auf dem beiliegenden Arbeitsblatt ankreuzen. Dabei darf in jeder Zeile nur ein Kreuz stehen. a) Vergleich Gasturbine mit der Dampfturbine (bei Stromerzeugung) 4 Pkte Vergleichskriterium Enthalpiegefälle Wirkungsgrad Schnelligkeit der Regelung (Lastanpassung) Relative Investitionskosten (in /kw Nennleistung) Gasturbine hoch Dampfturbine niedrig Gasturbine niedrig Dampfturbine hoch WI-KMA-P 0050 Seite /5

5 Klausuraufgaben Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen b) Vergleich Gasturbine mit dem Verbrennungsmotor 4 Pkte Vergleichskriterium Spezifische Masse, Leistungsgewicht (in kg/kw) Drehzahl der Maschine Wirkungsgrad bei Teillast Temperatur der Abgase Gasturbine hoch Verbrennungsmotor niedrig Gasturbine niedrig Verbrennungsmotor hoch WI-KMA-P 0050 Seite /5

6 Klausuraufgaben Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen Name, Vorname. Teil der Klausur ohne Hilfsmittel Dieses Aufgabenblatt ist zugleich Teil Ihrer Arbeitsblätter. Geben Sie dieses Blatt in jedem Fall zusammen mit Ihren übrigen Arbeitsblättern ab. Zu Aufgabe ): H m Drosselung: in Saugleitung in Druckleitung (Zutreffendes ankreuzen) Begründung: Zu Aufgabe ): m V & /s Maschinenanordnung/Schaltbild WI-KMA-P 0050 Seite /5

7 Klausuraufgaben Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen zu Aufgabe 4): a) Vergleich Gasturbine mit der Dampfturbine (bei Stromerzeugung) Zutreffendes ankreuzen Vergleichskriterium Enthalpiegefälle Wirkungsgrad Schnelligkeit der Regelung (Lastanpassung) Relative Investitionskosten (in /kw Nennleistung) Gasturbine hoch Dampfturbine niedrig Gasturbine niedrig Dampfturbine hoch b) Vergleich Gasturbine mit dem Verbrennungsmotor (als allgemeine Antriebsmaschine im kle inen Leistungsbereich) Zutreffendes ankreuzen Vergleichskriterium Spezifische Masse, Leistungsgewicht (in kg/kw) Drehzahl der Maschine Wirkungsgrad bei Teillast Temperatur der Abgase Gasturbine hoch Verbrennungsmotor niedrig Gasturbine niedrig Verbrennungsmotor hoch WI-KMA-P 0050 Seite 4/5

8 Klausuraufgaben Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 5. Teil der Klausur mit Hilfsmitteln insg. 9 Punkte Ein Ventilator liefert den Luftvolumenstrom V & = 000 m /h beim Differenzdruck p = 500 Pa. Er wird über Keilriemen von einem Motor mit der Nennleistung P = 0 kw angetrieben. Der Wirkungsgrad beträgt η = 0,6. a) Welches Drehzahlverhältnis ist möglich (durch Übersetzungsänderung), wenn der Motor beibehalten, aber nicht überlastet werden soll? 9 Pkte b) Wie groß ist dann der Volumenstrom V &? 5 Pkte c) Welcher Druck p wird erreicht? 5 Pkte Aufgabe 6 insg. 4 Punkte Mit Hilfe des CORDIER-Diagramms ist eine Wasserpumpe für folgende Daten auszulegen: Volumenstrom V & = 80 m /h Förderhöhe H = 50 m Drehzahl n = 950 min Anzahl der Stufen z = Dichte ρ = 000 kg/m Wirkungsgrad η = 0,75 Bestimmen Sie: a) die Förderhöhe einer Stufe H St Pkte b) die spezifische Drehzahl der Pumpe n q Pkte c) die Laufzahl σ Pkte d) die Durchmesserzahl d und den Pumpentyp 4 Pkte e) den spezifischen Durchmesser d q Pkte f) den Laufrad-Durchmesser d 5 Pkte g) die Pumpenleistung P. Pkte Aufgabe 7 insg. 0 Punkte Ein Einzylinder-Zweitakt-Dieselmotor hat ein Kompressionsvolumen von V C = 8 cm, ein Verdichtungsverhältnis von ε = und einen effektiven Mitteldruck p em = 9 bar. Berechnen Sie: a) das Hubvolumen des Motors V H 4 Pkte b) die effektiv nutzbare Arbeit W e. 6 Pkte WI-KMA-P 0050 Seite 5/5

9 Korrekturrichtlinie zur Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen am Wirtschaftsingenieurwesen WI-KMA-P 0050 Für die Bewertung und Abgabe der Prüfungsleistung sind folgende Hinweise verbindlich: Die Vergabe der Punkte nehmen Sie bitte so vor, wie in der Korrekturrichtlinie ausgewiesen. Eine summarische Angabe von Punkten für Aufgaben, die in der Korrekturrichtlinie detailliert bewertet worden sind, ist nicht gestattet. Nur dann, wenn die Punkte für eine Aufgabe nicht differenziert vorgegeben sind, ist ihre Aufschlüsselung auf die einzelnen Lösungsschritte Ihnen überlassen. Stoßen Sie bei Ihrer Korrektur auf einen anderen richtigen als den in der Korrekturrichtlinie angegebenen Lösungsweg, dann nehmen Sie bitte die Verteilung der Punkte sinngemäß zur Korrekturrichtlinie vor. Rechenfehler sollten grundsätzlich nur zur Abwertung des betreffenden Teilschrittes führen. Wurde mit einem falschen Zwischenergebnis richtig weitergerechnet, dann erteilen Sie die hierfür vorgesehenen Punkte ohne weiteren Abzug. Ihre Korrekturhinweise und Punktbewertung nehmen Sie bitte in einer zweifelsfrei lesbaren Schrift vor. Die von Ihnen vergebenen Punkte und die daraus sich gemäß dem nachstehenden Notenschema ergebende Bewertung tragen Sie in den Klausur-Mantelbogen sowie in die Ergebnisliste ein. Gemäß der Diplomprüfungsordnung ist Ihrer Bewertung folgendes Notenschema zugrunde zu legen: von Punktzahl bis einschl. Note 95 00,0 sehr gut 90 94,5, sehr gut 85 89,5,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5, gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5,0 befriedigend 60 64,5, befriedigend 55 59,5,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Die korrigierten Arbeiten reichen Sie bitte spätestens bis zum. Mai 00 in Ihr Studienzentrum ein. Dies muss persönlich oder per Einschreiben erfolgen. Der angegebene Termin ist unbedingt einzuhalten. Sollte sich aus vorher nicht absehbaren Gründen ein Terminüberschreitung abzeichnen, so bitten wir Sie, dies unverzüglich Ihrem Studienzentrenleiter anzuzeigen. Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KMA-P 0050

10 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsma schinen, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung vgl. SB : Abschn...5 und..5; SB : Abschn... insg. 5 Punkte a) Die Saughöhe wird durch den Dampfdruck der Flüssigkeit begrenzt. Pkte b) Der Förderstrom ist nicht von der Druckdifferenz, sondern nur von der Drehzahl und dem Hubvolumen abhängig. c) Die Gliederbauart zeichnet sich durch eine flexible Anpassung an viele Bedarfsfälle aus und zwar bzgl.: der Stufenzahl, der Art der Lagerung, der Lagerschmierung, der Art der Dichtung. 6 Pkte 6 Pkte (je Grund Pkte, max. 6 Pkte) Lösung vgl. SB : Abschn...4 insg. 6 Punkte Punkteverteilung s. Diagramm insges. Pkte Drosselung in der Druckleitung Begründung: wegen Kavitationsgefahr im Saugbereich des Laufrades. Pkte Pkte Lösung vgl. SB : Abschn..7. insg. 8 Punkte Punkteverteilung s. Schaltbild WI-KMA-P 0050 Seite /4

11 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsma schinen, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 4 vgl. SB : Abschn..7. insg. 8 Punkte a) Vergleich Gasturbine mit der Dampfturbine (bei Stromerzeugung) 4 Pkte Vergleichskriterium Enthalpiegefälle Wirkungsgrad Schnelligkeit der Regelung (Lastanpassung) Relative Investitionskosten (in /kw Nennleistung) Gasturbine hoch Dampfturbine niedrig Gasturbine niedrig Dampfturbine hoch (je Kriterium Pkt) b) Vergleich Gasturbine mit dem Verbrennungsmotor (als allgemeine Antriebsmaschine im kle inen Leistungsbereich) Vergleichskriterium Spezifische Masse, Leistungsgewicht (in kg/kw) Drehzahl der Maschine Wirkungsgrad bei Teillast Temperatur der Abgase Gasturbine hoch Verbrennungsmotor niedrig Gasturbine niedrig Verbrennungsmotor hoch 4 Pkte (je Kriterium Pkt) Lösung 5 vgl. SB : Abschn... und.. insg. 9 Punkte a) Den Ansatz für das Drehzahlverhältnis liefert das Modellgesetz (.5): 5 P ρ n d = P ρ n d. Mit ρ = ρ und d = d vereinfacht sich die Gleichung nach Umstellung zu: n P =. n P Die fehlende Motorleistung P ergibt sich unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades aus Gl. (.4): V p P = & η 000 m 500 Pa h kws P = 8, kw. h 0,6 600 s 000 m Pa Damit lautet das Drehzahlverhältnis: n = n 0 8,,06. 9 Pkte ( Pkt) WI-KMA-P 0050 Seite /4

12 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsma schinen, Wirtschaftsingenieurwesen b) Der Volumenstrom berechnet sich nach Gl. (.): V& n d =. V& n d Mit d = d ergibt sich die Vereinfachung: n V & = V & n m m V & = 000,06 = 756. h h c) Den Ansatz für die Ermittlung von p liefert das Modellgesetz (.): p ρ n d = p ρ n d Die aus der Aufgabenstellung ableitbaren ρ = ρ und d = d führen zu: n p = p n p = 500 Pa, Pa. 5 Pkte ( Pkt) 5 Pkte ( Pkt) Lösung 6 vgl. SB : Abschn...4 insg. 4 Punkte a) Die Förderhöhe einer Stufe ist: H = St H z 50 m H St = = 75 m. b) Die spezifische Drehzahl berechnet sich nach Gl. (.4): nq q = n [ V& / m s ] [ H m] 4 St 0,05 n = 950 min 5,88 min. 75 c) Nach Gl. (.6) ergibt sich die Laufzahl zu: q / min σ = n 57,8 5,88 σ = 0,64. 57,8 4 d) Mit der berechneten Laufzahl folgt aus dem CORDIER-Diagramm: d = 5,8 und somit eine Radial-Pumpe. Pkte ( Pkt) Pkte ( Pkt) Pkte ( Pkt) 4 Pkte WI-KMA-P 0050 Seite /4

13 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsma schinen, Wirtschaftsingenieurwesen e) Der spezifische Durchmesser errechnet sich mit der Gl. (.9) zu: m dq = δ,865 5,8 m d q =, m.,865 f) Die umgestellte Gl. (.7) liefert den Ansatz für die Berechnung des Laufraddurchmessers: d = d q [ V& / m s ] [ H m] 4 St 0,05 d =, m ,6 m g) Die Leistung folgt aus Gl. (.9) und mit p = ρ g H zu: V ρ g H P = & η 0,05 m 000 kg 9,8 m 50 m kws P = = 98, kw. s m s 0, kg m Pkte ( Pkt) 5 Pkte ( Pkte) Pkte ( Pkt) Lösung 7 vgl. SB 4: Abschn..5. und.5. insg. 0 Punkte a) Das Hubvolumen des Motors ergibt sich mit Gl. (.7): V H + VC ε = VC VH = ε VC VC = VC ( ε ) VH = 8 cm ( ) = 996 cm dm b) Die Formel für die effektiv nutzbare Art liefert Gl. (.): We = wev VH. Mit Gl. (.) wird: kj wev = pem 0 bar dm kj wev = 9 bar = 0,9 kj/dm 0 bar dm kj W e = 0,9 dm = 0,9 kj. dm 4 Pkte ( Pkt) ( Pkt) 6 Pkte ( Pkt) ( Pkt) WI-KMA-P 0050 Seite 4/4