PuA energietechnischer Anlagen Klausur SS 2010 Prof. Dr. G. Wilhelms 60 Minuten Name: Vorname: Matr.-Nr.:

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1. Für die im Labor für EuK befindliche Kühlzelle soll die Kühllast infolge Luftwechsel be-

rechnet werden. Folgende Daten sind gegeben: Kühlzelle: Innenmaße: 2,8 m (L) x 2,2 m (B) x 2,2 m (H), ϑ =LK 3 °C , ϕ =LK 60 %, =LK 1 barp , ( ) =s 3 °C 0,007 581 barp

Außenluft: ϑ =LA 20 °C , ϕ =LA 40 % , =LA 1 barp ,

Luftwechselrate: = 0,8 1/hn , , l = 287,2 J/(kg K)R

a) Tragen Sie die Luftzustände in der Kühlzelle und außerhalb der Kühlzelle in das bei-gefügte h,x-Diagramm (Anlage 1) ein und geben Sie die spezifischen Enthalpien an.

Berechnen Sie b) die Dichte der trockenen Luft im Kühlraum, c) den zu wechselnden Massenstrom an trockener Luft und d) die Kühlast infolge Luftwechsel. ( 5 P) ( )

2. Eine einstufige Kälteanlage arbeitet mit dem Kältemittel R 134a. Die Verdampfungstempe-ratur beträgt 0 °C, die Verflüssigungstemperatur 50 °C. Der Verdichter saugt einen Kälte-mittelmassenstrom von 0,07 kg/s mit einer Temperatur von 3 °C an und verdichtet ihn auf 66 °C. Es soll der im Verdichter auftretende Exergieverluststrom berechnet werden. Um-gebungstemperatur: 290 K. Der Verdichter soll als adiabat angenommen werden. Die Änderung der kinetischen- und der potenziellen Energie soll vernachlässigt werden.

a) Tragen Sie die Verdichtung in das beigefügte lg(p),h-Diagramm (Anlage 2) von R 134a ein.

b) Bestimmen Sie die spezifischen Enthalpien und die spezifischen Entropien des Käl-temittels am Eingang und am Ausgang des Verdichters und geben Sie die Werte in einer Tabelle an.

c) Berechnen Sie technische Verdichterleistung, d) die bei der Verdichtung auftretende Änderung des Exergiestromes und e) den im Verdichter auftretenden Exergieverluststrom. Bei der zur Bewertung herangezogenen Vergleichsverdichtung (adiabat, reversibel) wird dieselbe Verdichterleistung zugeführt. f) Wie groß ist die dabei auftretende Änderung des Exergiestromes? g) Bestimmen Sie die Endtemperatur dieser Vergleichsverdichtung.

( 8 P) ( )

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3. Ein Ventilator fördert aus einem großen Raum (p = 99 kPa, t = 25 °C) einen Luft-Volumenstrom von 1,25 m3/s in einen Abluftkanal (Querschnittsfläche: 0,175 m2). Die technische Ventilatorleistung beträgt 1,6 kW. Die Druckerhöhung beträgt 0,85 kPa. Annahmen: Die Luft soll als ideales Gas, als trocken und als inkompressibel angenommen werden. z1 = z2, c1 =0.

Berechnen Sie a) den geförderten Massenstrom, b) die Geschwindigkeit im Abluftkanal, c) die reversible, technische Verdichterleistung und d) die dissipierte Leistung. e) Wie ändert sich die Temperatur der Luft, wenn die Zustandsänderung als adiabat

angenommen wird (cpm = 1004,3 J/(kg K). ( 7 P) ( )

PuA energietechnischer Anlagen Klausur SS 2010 Prof. Dr. G. Wilhelms Anlage 1

Mollier h,x-Diagramm für feuchte Luft, Cerbe, G./G. Wilhelms:Techn. Thermodynamik. 15. Aufl.

PuA energietechnischer Anlagen Klausur SS 2010 Prof. Dr. G. Wilhelms Anlage 2

lg(p)/h-Diagramm R 134a , CoolPack, Kälteanlagen Simulationsprogramm, Version 1.46

PuA energietechnischer Anlagen Klausur SS 2010 Prof. Dr. G. Wilhelms Lösungsergebnisse

1. a) ( )+ =1 LK

10 kJ/kgxh , ( )+ =1 LA35 kJ/kgxh

b) lρ∗ = 31,255 kg/m

c) l−= ⋅ 33,78 10 kg/sm

d) = −94,4 WQ

2. a)

b) 1 2 h/kJ/kg 400 442 s/kJ/(kg K) 1,735 1,765

c) =t12 2,94 kWW

d) − =2 1 2,331 kWE E

e) =v12 0,609 kWE

f) ( )− = =2 1 12rev2,94 kWtE E W

g) =2isen 79 °Ct 3. a) = 1,445 kg/sm

b) =2 7,143 m/sc

c) ∗ =rev12 1,099 kWtW

d) =diss12 0,501 kWW

e) − =2 1 1,077 Kt t