F1-F5 Flashcards
Ge exempel på olika energiomvandlingar
kemiskt bunden energi - värme, panna värme - rörelseenergi, turbin rörelseenergi - elektricitet, generator elektricitet - rörelseenergi, elmotor kemiskt bunden energi - rörelseenergi, förbränningsmotor värme - värme (av en annan temperatur), värmepump, kylskåp
Ge exempel på energiomvandlingsprocesser som använder sig av värme/värmeöverföring som viktigaste processen.
- Kraftverk - Använder sig av Clausius-Rankine process. Eldar pulveriserat kol för att värma upp vatten. Vattnet övergår till ånga som driver en turbin som in sin tur genererar el.
- Värmeverk - Chalmerspannan
- Kraftvärmeverk - En ångpanna eldas med tex biobränslen eller naturgas. Ångan som bildas driver en turbin som genererar el. Ångan kondenseras och överförs till fjärrvärmenätet.
- Kärnkraft - utvinning av energi ur atomkärnor, genom att klyva tunga atomkärnor (fission) (framförallt uran). Genererar el.
- Värmepump
Vad är Chalmerspannan av för typ?
Cirkulerande fluidiserad bäddpanna
Vad är värmeöverföring?
Transport av termisk energi på grund av en temperaturdifferens
Vad är termisk energi?
Termisk energi är kopplad till “rörelser” hos, (rotation, vibration och translation) och krafter mellan molekylerna. Den motsvarar en sammanlagd effekt av mikroskopiska aktiviteter och är starkt kopplad till temperaturen.
Vilka tre former av värmeöverföring finns det?
- Ledning
- Konvektion
- Strålning
Vad innebär ledning?
Ledning är diffusion av termisk energi på grund av interaktioner mellan molekyler.
Hur lyder Fouriers lag?
q=-kA dT/dx
Där k är värmeledningsförmågan, konduktivitet
Vad står k för i Fouriers lag och vilken enhet har k?
Värmeldningsförmåga, konduktivitet
W/mK
Vad innebär konvektion?
Transport av termisk energi pga makroskopiskt flöde hos en fluid och slumpmässiga rörelser hos molekylerna.
Speciellt intressant för så kallade gränsskikt över ytor.
Hur lyder Newtons lag för kylning?
q=hA(Ts-T∞)
där h är värmeöverföringskoefficienten som anges i W/m2K
Ts är temperaturen på ytan och T∞ är temparaturen i rummet.
Vad innebär strålning?
Energin som emitteras och absorberas pga energiövergångar hos molekyler.
Vad är formeln för strålning och vad innebär det ingående termerna?
qrad=ε σ A(Ts4-T∞4)
där ε är emissiviteten som är ett mått på hur bra en kropp emitterar
energi i jämförelse med en svartkropp.
Värdet kan ligga mellan 0 och 1.
Hur lyder första huvudsatsen och vad innebär den?
dEst/dt = Ein - Eout + Eg
Den innebär att det är en balans av termisk och mekanisk energi per tidsenhet.
Eg är termisk och mekanisk energi generation.
Första huvudsatsen kan förenklas. Hur ser den ut då och vilka krav måste gälla då?
- Steady state
- Konstant flöde
- Inget arbete
- Ingen fasförändring
- Ingen generation
- Ideal gas eller inkompressibel vätska
q=m<span>°</span>Cp(To-Ti)
Hur beräknar man verkningsgraden. Ange två olika sätt.
Mellan vilka medium verkar strålning, konvektion och ledning?
Ledning är när värmeledningen sker genom ett medium
Konvektion är från en yta till en fluid i rörelse
Strålning är mellan två ytor och behöver inget medium emellan som de två ovan nämda. Strålning fungerar allra bäst i vakuum.
Vad är förbränning?
Det är omvandling av kemiskt bunden energi till termisk energi/värme. Bindningarba mellan molekylerna innehåller energi.
Fasta bränslen består av 4 delar. Vilka är dessa?
Fukt, Brännbar substans (Flyktiga och koks) och aska.
Vad innebär de två komponenterna i brännbar substans?
Flyktiga - gas som brinner runt fast ämne
Koks - Det som återstår när de flyktiga försvunnit, tex kol.
Vad står tab, tb och fb för och vad innebär de?
tab- torr askfri basis - brännbar substans.
tb - torr basis - brännbar substans + aska
fb - fuktig basis - Fukt, brännbar substans och aska
Vad består de olika delarna i fasta bränslen till störst del av?
Fukt - H2O
Brännbar substans - CO2 + H2O
Aska - Aska
Vilka delar är vanliga att ha med i en värmebalans?
- Värmeläckage - lätta att hantera, tex isolering
- Rökgaser - största förlusten
- Ånga/hetvatten - Nyttiga energin
- Luft
- Bränsle
- Restprodukter från bränslet innehållande kemisk energi - oförbränt bränsle och aska
Vad är värmevärde?
Värmevärde anger den energimängd som frigörs vid förbränning.
Vilka två olika varianter finns av värmevärde och vad skiljer dem åt?
Övre - Totala energin som frigörs vid förbränning
Lägre/effektivt värmevärde - Övre värmevärdet minus den energi som motsvarar ångbildningsvärmen hos vattenångan i rökgasen.
Vad kallas det när man beräknar rökgasmängder och utgår i från att rätt mängd O2 tillförs för att det skall gå att bilda CO2 och H2O?
Då kallas det för stökiometrisk förbränning.
Vad står l0 och g0 för?
0 indikerar stökiometrisk/teoretisk utan luftöverskott
l0 - specifika luftbehovet
g0 - Specifika rökgasmängden
index t innebär det att det är torra rökgaser
index v innebär verklig
När gäller normalkubikmeter?
vid 0°C och 1 atm
Varför använder man sig av luftöverskott?
För att få en bra förbränning.
I vilka tillstånd är vattnet i en
- Hetvattenpanna?
- Ångpanna?
- Kraftpanna?
och vad producerar de?
- Hetvatten - Fjärrvärme
- Mättad ånga - industrier använder sig av detta
- överhettad ånga - används för att driva en turbin som i sin tur är kopplad till en generator som ger oss el.
Vad skall man tänka på när det kommer till bränslet i en panna?
Det skall vara så finmalt det går för att få en bra förbränning.
Vad innebär termosifon?
Det är en naturlig cirkulation dvs utan en pump.
Vad gör en ångdom?
Separerar ånga och vätska
Utgör ett vattenmagasin
Vad är
- Evaporator
- Economizer
- Super heater
och vart i en panna sitter dessa?
- Evaporator - Förångare - i eldstadens väggar
- Economizer - Sitter i slutet av konvektionsstråket
- Super heater - Överhettargardiner - sitter i början av konvektionsstråket
Vad är eldstadens uppgift?
- Omvandla bränslet fullständigt på ett miljömässigt och processtekniskt optimalt sätt
- Överföra värme från förbränningen till arbetsmediet i ångprocessen vid önskade temperaturnivåer
Vad består eldstaden av ?
- Brännarutrustning (bränslematning/primärluft)
- Sekundära/tertiära luftregister
- Väggar (kylda(metalltuber), murade(murverk)/okylda)
Vilka krav sätter man på eldstaden?
- Fullständig förbränning
- Temperatur
- tid
- kontakt med bränsle och luft
- Syretillgång lokalt och globalt
- Låga NOx utsläpp
- kan kontrolleras/hanteras med hjälp av ovanstående parametrar
- Bra värmeöverföring
- Emissivitet hos gas och partiklar
- gastemperatur
- Material som tål miljön
- Förbränner man tex halm så kommer man få askkomponenter som är korrektiva. Därför är det viktigt att tänka på pannans material.
Det finns tre olika förbränningsanordningar, vilka?
Vad kan du säga om dessa?
- Rostförbränning - fasta bränslen, ofta mindra anläggningar för tex fjärrvärme. I en rostpanna ligger bränslet på en rost, ett galler. Luft tillförs underifrån och från sidan och askan faller ner i slutet av rosten.
- Förbränning i fluidiserad bädd - Fasta bränslen, mellanstora anläggningar. Dessa är flexibla. I dessa blandas bränslet med luftströmmar och bäddmaterial för att fördela värmen på ett bättre sätt.
- Suspensionseldning/flamförbränning - gas, vätske eller fasta bränslen, ger stor effekt
Vad gör en atomiser?
Den kan vara av antingen luft eller ång typ. De slår sönder fluiden för att få en fin ånga.
Hur använder man en sond som mätapparat?
Den förs in i pannan och antingen kan en variabel mätas eller så tar man ut ett prov för analys. Ibland kan sonden påverka mätningen bland annat på grund av att fluiddynamiken ändras kring sonden.
+ Relativt billiga
- Prover på gaser man tar ut kan vara farliga
- Prover kan påverkas vid transport mellan sonden och detektorn.
- Sonden kan ha en katalytisk effekt dvs en kemisk reaktion kan skapas.
- Värden som tas fram blir inte “on-line” utan medelvärden.
Hur använder man optiska tekniker som mätinstrument?
Det kan vara sensorer för elektromagnetisk strålning (UV, IR)
+ Bra upplösning
- Dyra
- Begränsad optisk åtkomlighet
- Känsliga mot höga temperaturer
Vad kan man se i gassammansättningen i utloppet på en industriellprocess?
- Verkningsgrad
- Bränsleomvandling
- miljö/utsläpp
Berätta lite om Infrarödspektroskopi (IR)
Användningsområde: spårgaser o atmosfären, karaktärisering av kemikalier
Hur fungerar det: Molekyler absorberar olika delar av strålningen vid olika våglängd. Genom att bestämma ett IR absorptionsspektrum kan man se vilka bindningar som finns i ett ämne.
Komponenter: IR källa, prov, detektor
Nackdel: Alla molekyler absorberar inte IR strålning, bla Helim och O2
Berätta lite om Fourier Transform IR (FTIR)
Användningsområde: Industriella applikationer
Hur fungerar det: använder sig av Michelson inferometer: anpassar IR strålningsintensiteten och använder sig av Fourier transform för att omvandla det t-beroende spektrumet till ett våglägndsspektrum
Fördel: Direkta svar även vid låga halter, både kvalitativ och kvantitativ analys, kan äta många olika ämnen och fuktiga rökgaser.
Berätta lite om Non-Dispersive Infrared (NDIR)
Ingen Michelson interferometer/Fourier Transform → lättare att använda och billigare
IR-ljus riktat mot 2 parallella kammare: en för själva provet och en som innehåller en icke- absorberande gas (vanligen N2)
Filter som bara släpper igenom våglängderna som absorberas av ämnet som skall mätas Man jämför intensitetsskillnaden mellan de två utgående ljusstrålarna
NDIR används speciellt för CO and CO2
Nackdel: Interferenser vanliga och måste kompenseras för, speciellt när H2O finns med
Berätta lite om Ultraviolett (UV) tekniker.
UV tekniker: absorptiva (baseras på absorption) eller emissiva (släpper ut)
Emissiva : fluorescens (används för att mäta SO2 ) och chemiluminescens
chemiluminescens: fysiskt fenomen där kemiska reaktioner resulterar i ljusemission Kväveoxid (NO) med ozon: NO + O3 → NO2 + O2 + ljus
Analysator: ozongenerator, provkonditioneringskammare och reaktionskammare.
Sensorn: “photomultiplier tube detector” som samlar det emitterade ljuset → omvandlar det till en elsignal proportionerlig mot ljusintensiteten
Kemiluminescenssensorer för NO kan mäta i ppm-nivåer
Berätta lite om Gaskromatografi (GC)
GC är en extraktiv analytisk separationsteknik
Identifiera och kvantifiera gasmolekyler i ett prov som kan innehålla många ämnen
I GC:n blandar man gasvolymen med en inert bärgas och leder in den i en lång tub (kolumn)
I kolumnen finns en stationär fas/fyllning på vilken gaserna kan adsorberas
Olika adsorptionsgrader beroende på fysikaliska/kemiska egenskaper hos gasmolekylerna.
Olika retentionstider i kolumnen gör att de kommer ut vid olika tider efter introduktionen
I utloppet finns en detektor som identifierar gaskomponenterna och omvandlar signalen till ett kromatogram för hela retentionstidsspannet
Varje topp motsvarar en gasmolekyl
Två kategorier av GC-detektorer: destruktiva och icke-destruktiva
Destruktiva: gasprovet från kolumnen bryts ner/förstörs och man mäter fysiska
egenskaper hos de resulterande gasprodukterna
Icke-destruktiva: direkt provanalys och provet kan användas för vidare analys
Det finns två olika typer av GC, vilka är dessa och hur fungerar de?
GC-MS:
Provet introduceras i en masspektrometer där gasmolekylerna joniseras och bildar laddade molekyler / molekylfragment
Separation är en funktion av massa-laddnings kvot → detektion
Signalen omvandlas till ett spektrum med relativa kvantiteter
GC-FID:
Används vid mätning av organiska ämnen
Provet bränns i en H2-flamma → reducerade C-joner bildas
Detektion: proportionerlig mot ursprunglig mängd i gasen → kvantifiering möjlig
Kan mäta i ppm ner till ppb halter
CO och CO2 kan dock inte mätas med FID
Hur går man tillväga när man behöver mäta syrehalten?
O2 går inte att mäta med IR tekniker utan istället använder man sig av Paramagnetiska Syresensorer
Vissa molekyler påverkas av starka externa magnetiska fält (paramagnetism) Syre är en av dessa och kan alltså mätas med en paramagnetisk sensor
Används för mätning av syre i intervallet 0-100%
Emiddionskrav på stora pannor har referensvärden. Varför då?
Det är för att man inte ska kunna spä ut rökgaserna.
Vad är viktigt för utrustningen vid flödesmätningar?
- Bra signalkänslighet
- Snabb
- Noggrann
- Användarvänlig
- Bra rumslig upplösning
- Skall inte påverka flödesmönstret
Vilka två metoder finns vid flödesmätningar?
Intrusiva metoder:
Sonder. Turbinhjul eller pitotrör → får ut en hastighetsprofil tvärs över röret
→ medelvärde → volymflöde
Icke-intrusiva metoder:
Använder geometri + tryckmätningar. Exempel: Venturimeter
Hur fungerar en venturimeter?
Hur fungerar ett pitotrör?
Vad står qx för ?
Värmeöverföringshastigheten
‘ =/m, ‘’ =/m2, ‘’’=/m3
Vad står k för och vad säger ett högt värde på k?
Värmekonduktivitet
Ett högt värde betyder att det leder bra
Hur man kan påverka konduktiviteten?
Genom att välja material.
Porösa material är bra isolerare men det beror också på
- Konduktivitet fast material
- konduktivitet fyllning
- porositet
- struktur
Vad står α för?
Jämför ett materials förmåga att leda värme med förmågan att lagra värme.
Hög diffusivitet:
materialet ställer snabbt in sig på en ny temperatur. Tex gaser, luftem i ugnen
Låg diffusivitet:
materialet tar lång tid på sig att anta en ny temperatur. Tex stenar, vatten
Hur lyder energiekvationen?
Vad är U för något?
Värmeövergångskoefficienten
Om man vill minimera värmeflödet, vad ska man tänka på då?
L↑ Tjockare väggar
k↓ Isolerings material
hconv↓ Vindstilla
ε ↓ vit yta
A↓ Minska mantelarean
Om man vill maximera värmeflödet vad skall man göra då?
L ↓ Ha smalare väggar
k ↑ Metall
hconv↑ Ventilering
A↑ Öka arean
Man kan även använda flänsar
Vilket antagande gör vi i härldningen av flänsekvationen och varför är det ett okej antagande?
Vi antar att det bara leder i en riktning på grund av att flänsar är långa och tunna
