F1-F5

Question 1

Ge exempel på olika energiomvandlingar

Answer 1

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

Question 2

Ge exempel på energiomvandlingsprocesser som använder sig av värme/värmeöverföring som viktigaste processen.

Answer 2

• 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

Question 3

Vad är Chalmerspannan av för typ?

Answer 3

Cirkulerande fluidiserad bäddpanna

Question 4

Vad är värmeöverföring?

Answer 4

Transport av termisk energi på grund av en temperaturdifferens

Question 5

Vad är termisk energi?

Answer 5

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.

Question 6

Vilka tre former av värmeöverföring finns det?

Answer 6

1. Ledning
2. Konvektion
3. Strålning

Question 7

Vad innebär ledning?

Answer 7

Ledning är diffusion av termisk energi på grund av interaktioner mellan molekyler.

Question 8

Hur lyder Fouriers lag?

Answer 8

q=-kA dT/dx

Där k är värmeledningsförmågan, konduktivitet

Question 9

Vad står k för i Fouriers lag och vilken enhet har k?

Answer 9

Värmeldningsförmåga, konduktivitet

W/mK

Question 10

Vad innebär konvektion?

Answer 10

Transport av termisk energi pga makroskopiskt flöde hos en fluid och slumpmässiga rörelser hos molekylerna.

Speciellt intressant för så kallade gränsskikt över ytor.

Question 11

Hur lyder Newtons lag för kylning?

Answer 11

q=hA(T_s-T_∞)

där h är värmeöverföringskoefficienten som anges i W/m²K

T_s är temperaturen på ytan och T_∞ är temparaturen i rummet.

Question 12

Vad innebär strålning?

Answer 12

Energin som emitteras och absorberas pga energiövergångar hos molekyler.

Question 13

Vad är formeln för strålning och vad innebär det ingående termerna?

Answer 13

q_rad=ε σ A(T_s⁴-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.

Question 14

Hur lyder första huvudsatsen och vad innebär den?

Answer 14

dE_st/dt = E_in - E_out + E_g

Den innebär att det är en balans av termisk och mekanisk energi per tidsenhet.

E_g är termisk och mekanisk energi generation.

Question 15

Första huvudsatsen kan förenklas. Hur ser den ut då och vilka krav måste gälla då?

Answer 15

• Steady state
• Konstant flöde
• Inget arbete
• Ingen fasförändring
• Ingen generation
• Ideal gas eller inkompressibel vätska

q=m^{<span>°</span>}Cp(T_o-T_i)

Question 16

Hur beräknar man verkningsgraden. Ange två olika sätt.

Answer 16

Question 17

Mellan vilka medium verkar strålning, konvektion och ledning?

Answer 17

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.

Question 18

Vad är förbränning?

Answer 18

Det är omvandling av kemiskt bunden energi till termisk energi/värme. Bindningarba mellan molekylerna innehåller energi.

Question 19

Fasta bränslen består av 4 delar. Vilka är dessa?

Answer 19

Fukt, Brännbar substans (Flyktiga och koks) och aska.

Question 20

Vad innebär de två komponenterna i brännbar substans?

Answer 20

Flyktiga - gas som brinner runt fast ämne

Koks - Det som återstår när de flyktiga försvunnit, tex kol.

Question 21

Vad står tab, tb och fb för och vad innebär de?

Answer 21

tab- torr askfri basis - brännbar substans.

tb - torr basis - brännbar substans + aska

fb - fuktig basis - Fukt, brännbar substans och aska

Question 22

Vad består de olika delarna i fasta bränslen till störst del av?

Answer 22

Fukt - H₂O

Brännbar substans - CO₂ + H₂O

Aska - Aska

Question 23

Vilka delar är vanliga att ha med i en värmebalans?

Answer 23

• 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

Question 24

Vad är värmevärde?

Answer 24

Värmevärde anger den energimängd som frigörs vid förbränning.

Question 25

Vilka två olika varianter finns av värmevärde och vad skiljer dem åt?

Answer 25

Övre - Totala energin som frigörs vid förbränning

Lägre/effektivt värmevärde - Övre värmevärdet minus den energi som motsvarar ångbildningsvärmen hos vattenångan i rökgasen.

Question 26

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?

Answer 26

Då kallas det för stökiometrisk förbränning.

Question 27

Vad står l₀ och g₀ för?

Answer 27

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

Question 28

När gäller normalkubikmeter?

Answer 28

vid 0°C och 1 atm

Question 29

Varför använder man sig av luftöverskott?

Answer 29

För att få en bra förbränning.

Question 30

I vilka tillstånd är vattnet i en

1. Hetvattenpanna?
2. Ångpanna?
3. Kraftpanna?

och vad producerar de?

Answer 30

1. Hetvatten - Fjärrvärme
2. Mättad ånga - industrier använder sig av detta
3. överhettad ånga - används för att driva en turbin som i sin tur är kopplad till en generator som ger oss el.

Question 31

Vad skall man tänka på när det kommer till bränslet i en panna?

Answer 31

Det skall vara så finmalt det går för att få en bra förbränning.

Question 32

Vad innebär termosifon?

Answer 32

Det är en naturlig cirkulation dvs utan en pump.

Question 33

Vad gör en ångdom?

Answer 33

Separerar ånga och vätska

Utgör ett vattenmagasin

Question 34

Vad är

1. Evaporator
2. Economizer
3. Super heater

och vart i en panna sitter dessa?

Answer 34

1. Evaporator - Förångare - i eldstadens väggar
2. Economizer - Sitter i slutet av konvektionsstråket
3. Super heater - Överhettargardiner - sitter i början av konvektionsstråket

Question 35

Vad är eldstadens uppgift?

Answer 35

• Omvandla bränslet fullständigt på ett miljömässigt och processtekniskt optimalt sätt
• Överföra värme från förbränningen till arbetsmediet i ångprocessen vid önskade temperaturnivåer

Question 36

Vad består eldstaden av ?

Answer 36

• Brännarutrustning (bränslematning/primärluft)
• Sekundära/tertiära luftregister
• Väggar (kylda(metalltuber), murade(murverk)/okylda)

Question 37

Vilka krav sätter man på eldstaden?

Answer 37

• Fullständig förbränning
  
  • Temperatur
  • tid
  • kontakt med bränsle och luft
  • Syretillgång lokalt och globalt
• Låga NO_x 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.

Question 38

Det finns tre olika förbränningsanordningar, vilka?

Vad kan du säga om dessa?

Answer 38

1. 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.
2. 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.
3. Suspensionseldning/flamförbränning - gas, vätske eller fasta bränslen, ger stor effekt

Question 39

Vad gör en atomiser?

Answer 39

Den kan vara av antingen luft eller ång typ. De slår sönder fluiden för att få en fin ånga.

Question 40

Hur använder man en sond som mätapparat?

Answer 40

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.

Question 41

Hur använder man optiska tekniker som mätinstrument?

Answer 41

Det kan vara sensorer för elektromagnetisk strålning (UV, IR)

+ Bra upplösning

• Dyra
• Begränsad optisk åtkomlighet
• Känsliga mot höga temperaturer

Question 42

Vad kan man se i gassammansättningen i utloppet på en industriellprocess?

Answer 42

• Verkningsgrad
• Bränsleomvandling
• miljö/utsläpp

Question 43

Berätta lite om Infrarödspektroskopi (IR)

Answer 43

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

Question 44

Berätta lite om Fourier Transform IR (FTIR)

Answer 44

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.

Question 45

Berätta lite om Non-Dispersive Infrared (NDIR)

Answer 45

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

Question 46

Berätta lite om Ultraviolett (UV) tekniker.

Answer 46

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

Question 47

Berätta lite om Gaskromatografi (GC)

Answer 47

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

Question 48

Det finns två olika typer av GC, vilka är dessa och hur fungerar de?

Answer 48

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

Question 49

Hur går man tillväga när man behöver mäta syrehalten?

Answer 49

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%

Question 50

Emiddionskrav på stora pannor har referensvärden. Varför då?

Answer 50

Det är för att man inte ska kunna spä ut rökgaserna.

Question 51

Vad är viktigt för utrustningen vid flödesmätningar?

Answer 51

• Bra signalkänslighet
• Snabb
• Noggrann
• Användarvänlig
• Bra rumslig upplösning
• Skall inte påverka flödesmönstret

Question 52

Vilka två metoder finns vid flödesmätningar?

Answer 52

Intrusiva metoder:
Sonder. Turbinhjul eller pitotrör → får ut en hastighetsprofil tvärs över röret
→ medelvärde → volymflöde

Icke-intrusiva metoder:
Använder geometri + tryckmätningar. Exempel: Venturimeter

Question 53

Hur fungerar en venturimeter?

Answer 53

Question 54

Hur fungerar ett pitotrör?

Answer 54

Question 55

Vad står q_x för ?

Answer 55

Värmeöverföringshastigheten
‘ =/m, ‘’ =/m², ‘’’=/m³

Question 56

Vad står k för och vad säger ett högt värde på k?

Answer 56

Värmekonduktivitet
Ett högt värde betyder att det leder bra

Question 57

Hur man kan påverka konduktiviteten?

Answer 57

Genom att välja material.
Porösa material är bra isolerare men det beror också på

• Konduktivitet fast material
• konduktivitet fyllning
• porositet
• struktur

Question 58

Vad står α för?

Answer 58

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

Question 59

Hur lyder energiekvationen?

Answer 59

Question 60

Vad är U för något?

Answer 60

Värmeövergångskoefficienten

Question 61

Om man vill minimera värmeflödet, vad ska man tänka på då?

Answer 61

L↑ Tjockare väggar
k↓ Isolerings material
hconv↓ Vindstilla
ε ↓ vit yta
A↓ Minska mantelarean

Question 62

Om man vill maximera värmeflödet vad skall man göra då?

Answer 62

L ↓ Ha smalare väggar

k ↑ Metall

hconv↑ Ventilering

A↑ Öka arean

Man kan även använda flänsar

Question 63

Vilket antagande gör vi i härldningen av flänsekvationen och varför är det ett okej antagande?

Answer 63

Vi antar att det bara leder i en riktning på grund av att flänsar är långa och tunna