lista zadań nr 1

ZADANIA Z TERMODYNAMIKI I
Zestaw I.1
1. Wymiennik ciepła specjalnego przeznaczenia wykonany jest z rurek o średnicy zewnętrznej
dz = 1/2”. Rurki te produkowane są w odcinkach o długości L = 15 ƒt. Ile rurek należy
zakupić, jeżeli powierzchnia wymiany ciepła (powierzchnia zewnętrzna rurki) powinna
wynosić A = 12,5 m2.
Odp: n = 69.
2. Samochód pokonał odległość L = 5874 yardy w ciągu τ = 2 minut. Obliczyć prędkość
samochodu w. Wynik podać w: milach/godz.; km/godz.; ƒt/s i m/s.
Odp: w = 44,76 m/s=146,85 ft/s=161,14 km/h = 100,13 mil/h.
3. Wyznaczyć:
a) masę 5 kmoli O2; 11,9 m3n NH3 oraz 3,2⋅1027 drobin helu,
b) objętość zajmowaną w warunkach normalnych przez 7 kmoli C2H6; 3,9⋅1027 drobin H2S;
51 kg CO2 i 171 lb Ar.
Odp: a) mO2 = 159,990 kg; mNH3 = 9,0417 kg; mHe = 21,2682 kg,
b) VnC2H6 = 156,8952 m3n; VnH2S = 145,1521 m3n; VnCO2 = 25,9735 m3n;
Vn Ar = 43,5187 m3n.
4. W zbiorniku o objętości V = 100 m3 znajduje się 350 m3n azotu (N2). Określić ilość gazu w
kg, kmol, ilość drobin, gęstość substancji ρ.
Odp: n = 15,6155 kmol; m = 437,437 kg; N = 9,40393⋅⋅1027 drobin, ρ = 4,37 kg/m3.
5. Na powierzchni wody panuje ciśnienie pot = 730 Tr. Obliczyć ciśnienie bezwzględne
panujące na głębokości h = 250 m pod zwierciadłem wody w następujących jednostkach:
m H2O, bar, N/m2, KG/m2, at.
Odp: p = 259,9 m H2O = 25,49 bar = 25,49⋅⋅105 N/m2 = 25,99⋅⋅104 KG/m2 = 25,99 at.
6. Podciśnienie w zbiorniku mierzone jest przy pomocy U-rurki. Ile wynosi ciśnienie absolutne
p oraz procent próżni pw, jeżeli wysokość słupa rtęci wynosi hHg = 693 mm, a wysokość
słupa wody zabezpieczającej rtęć przed parowaniem wynosi hH2O = 150 mm. Ciśnienie
barometryczne pb = 1020 hPa.
Odp: p = 11,079 kPa pw = 89,14%.
Rys 1
7. Cylinder o średnicy D = 300 mm zamknięto szczelnie tłokiem i podłączono do pompy
próżniowej (Rys. 2). Przed rozpoczęciem pompowania parametry powietrza w cylindrze są
takie same jak otoczenia. Obliczyć jaka siła rozciągająca działa na sprężynę, jeżeli w
cylindrze osiągnięte zostanie 85% próżni, zaś ciśnienie barometryczne wynosi
pb = 10,1 m H2O.
Odp: K = 5951 N.
Rys.2
8. Przewodem o średnicy D = 300 mm przepływa gaz o gęstości masy ρm = 6 kg/m3. Ciśnienie
dynamiczne mierzone za pomocą rurki Pitota ∆h = 43 mm Hg. Manometr wskazuje
nadciśnienie statyczne pst = 3,24 at. Ciśnienie barometryczne wynosi pb = 101,3 kPa.
Obliczyć ciśnienie statyczne ps gazu w rurociągu, ciśnienie całkowite pc, prędkość
przepływu gazu w i strumień masy m .
Odp: ps = 419,03 kPa; pc = 424,76 kPa; w = 26,77 m/s; m = 30,28 kg/s.
9. Do pomiaru bardzo małej różnicy ciśnień użyto mikromanometru z rurką pochyloną pod
kątem α = 15o (Rys.3). Stosunek średnicy rurki do średnicy zbiornika mikromanometru
d/D = 1/10. Przyrząd napełniony jest cieczą o gęstości ciężaru γ = 8500 N/m3. Wskutek
różnicy ciśnień ciecz w rurce mikromanometru przesunęła się z położenia równowagi o
∆L = 150 mm.
Obliczyć:
a) obniżenie się poziomu ∆H cieczy w zbiorniku,
b) różnicę ciśnień ∆p w jednostkach: at, bar, Tr i N/m2.
Odp:∆H =1,5 mm, ∆p = 0,0035 at = 0,00343 bar = 3,57 Tr = 342,75 N/m2
Rys.3
10. Wiatrak o mocy N = 5kW napędza prądnicę. Prąd służy do zasilania grzałek, które
podgrzewają wodę od T1 = 283 K do T2 = 368 K. Ile wody mw podgrzane zostanie w ciągu
doby, jeżeli sprawność prądnicy wynosi 80%, a sprawność grzałki 95%. Ciepło właściwe
wody cp = 4,187 kJ/(kg K).
Odp: mw = 922,52 kg/dobę.
11. Samochód o masie m =1500 kg jadący z prędkością w = 80 km/h został zahamowany.
Obliczyć ilość ciepła Q wydzielonego podczas hamowania. Wynik podać w J, kcal, BTU.
Odp: Q = 370,4 kJ = 88,46 kcal = 351 BTU.
12. Do oświetlenia budynku maszynowni użyto 85 żarówek o mocy N1 = 200 W i 43 żarówek o
mocy N2 = 100 W. Przyjmując, że 98% energii przekazanej żarówce zostanie zamienione w
ciepło obliczyć ile ciepła Q przekazane zostanie do otoczenia w ciągu doby.
Odp: Q = 3962,65 MJ.
13. Rurociągiem o średnicy d = 50 mm płynie do pustego zbiornika gaz, którego objętość
właściwa ν1 = 0,6 m3/kg. Po jakim czasie τ napełniony zostanie zbiornik, jeżeli jego
objętość V = 8 m3; średnia prędkość gazu w przewodzie w = 2,85 m/s, a gęstość gazu w
zbiorniku po napełnieniu ρ2 = 0,00129 g/cm3.
Odp: τ = 1106,5 sek.
14. Grzejnik elektryczny ogrzewa wodę od T1 = 278 K do T2 = 363 K w takiej ilości m1, by po
zmieszaniu jej z wodą zimną m2 o temperaturze Tz = 278 K uzyskać mm = 200 kg wody o
Tm = 313 K. Obliczyć ile kg wody podgrzano w grzejniku. Jaką moc elektryczną Nel ma
grzejnik, jeśli swoje zadanie wykonuje on w ciągu 6 godz. Przy sprawności grzania
równej 90 %.
Odp: m1 = 82,4 kg, Nel = 1510 W.