Download - TOPLINSKI STROJEVI I UREĐAJI
TOPLINSKI STROJEVI I UREĐAJI
Preddiplomski studij strojarstva
Uvodno predavanje
RAZLIKA IZMEĐU TOPLINSKIH I HIDRAULIČKIH STROJEVA
Radni medij kod toplinskih strojeva su plinovi i pare te njihove smjese
Radni medij kod hidrauličkih strojeva su tekućine i njihove smjese
Zagrijavanje radnog medija zbog unosa energije u sustav:
Plin: zrak
Volumen 1 m3
Tlak 1 bar
Temperatura 20oC
Gustoća 1.23 kg/m3
Toplinski stroj
Sp. toplina 1013 J/kgK
Unos topline Q
Prirast temperature fluida:
pp cV
Q
cm
QT
Omjer produkta cp:
3462
101319.1
4182998
zrakp
vodap
voda
zrak
c
c
T
T
Volumen 1 m3
Tekućina: voda
Tlak 1 bar
Temperatura 20oC
Gustoća 998 kg/m3
Hidraulički stroj
Sp. toplina 4182 J/kgK
Principi pretvorbe energije
Volumetrijski strojevi (promjena volumena radnog prostora)
dVpumddWdUdQ )(
Dinamički strojevi (promjena količine gibanja)
F
dt
dmv
dt
vdm
dt
vmd
dsFdsApdVpdW
t
WP
FrMP
Jednadžba stanja plina
Korisne jednadžbe
Jednadžba adijabate
Tijekom kompresije ili ekspanzije:
TRmVp
constT
VpRm
Svojstva idealnoga plina
11
pvvp ccccR
Eksponent adijabate:
Plinska konstanta:
Specifične topline:
Specifična entalpija:
Specifična unutarnja energija:
constVp
vp cc
11
R
cR
c pv
Tch p
Tcu v
TOPLINSKI STROJEVI
Volumetrijski strojevi
Dinamički strojevi (turbostrojevi)
Kompresori, Motori s unutarnjim izgaranjem
Parne i plinske turbine, Turbokompresori
Kompresori
Motori s unutarnjim izgaranjem
Parna turbina
Turbokompresor
Plinska turbina
UREĐAJI
Generatori pare, Kondenzatori, Izmjenjivači topline, Oprema za otplinjavanje, Regeneratori, Rekuperatori
Generatori pare
Kondenzator
IZVORI I POTROŠNJA ENERGIJE U SVIJETU
Primarna energija
Svjetska potrošnja primarnih energija po vrstama
Ekvivalent energije u milijunima tona nafte (106 T.e.n.)
Prirodni plinNafta Nuklearna energ. Hidroenergija Ugljen
Globalna potrošnja primarne energije zabilježila je najveći rast od 4.3% godišnje posljednjih 10 godina za sva područja i za sve vrste goriva.
Tona ekvivalenta nafte: 1 T.e.n. = 42.5 GJ = 11.8 MWh
Struktura potrošnje primarnih energija po regijama
Postotak
Sjeverna Amerika
J. i C. Amerika Europa i EurAzija
Srednji Istok Afrika Azija i Pacifik
Nafta ostaje najveći pojedinačni izvor energije u nejvećem broju dijelova svijeta. Izuzetak od toga su zemlje bivšega Sovjetsog Saveza, gdje dominira prirodni plin, te Azija i Pacifik gdje je dominantni izvor energije ugljen
Specifična potrošnja primarnih energija po regijama
Tona ekvivalentne nafte (T.e.n.)
T.e.n. po glavi stanovnika
Potrošnja primarnih energija u svijetu
1 exa J = 1018 J = 1012 MJ = 277.8·106 MWh
Godine
Pot
rošn
ja e
ner
gije
u e
xa J
Obnovljiva
Nuklearna
Ugljen
Plin
Nafta
5%
12%
19%
23%
41%
Ukupna potrošnja finalnih oblika energije, zemlje IEA
Nafta
Plin
El. energija
Ugljen
Biomasa
Centralno grijanje
Nafta 58%
Biomasa 3%
El. energija 12%
Ugljen 8%
Plin 19% Plin 20%
Nafta 53%
El. energija 20%
Centralno gr. 1%
Ugljen 3%Biomasa 3%
Uku
pna
final
na e
nerg
ija,
exa
J
Promjena cijene fosilnih goriva US$/t
Cijena fosilnih goriva u US$(2000)/t.e.n.
Plin - Pacifik
Nafta
Plin - Europa
Plin - Sj. Amerika
Para na ugljen
Potrošnja goriva u usporedbi s GDP-om
Potrošnja goriva u MJ/US$(GDP)
Potrošnja energije za grijanje u domaćinstvu
Potrošnja energije, exa J / god.
Biomasa
Centr. grijanje
El. energija
Plin
Ugljen
Nafta
Ostvarena ušteda energije po područjima potrošnje
Prijevoz tereta Prijevoz putnika
Domaćinstva Uslužne djelatnosti Proizvodnja
Udio u ukupnoj uštedi
Ostala proizvodnja 14%
Primarna metalna ind. 13%
Industrija nemetala 4%
Kemijska industrija 9%
Papir i celuloza 2%
Uslužne djelatnosti 18%
Grijanje 19%
Primjene 3%
Domaćinstva 1%
Osobna vozila 8%
Zračni prijevoz 6%
Teretna vozila 1%Ostali prijevoz tereta 2%
Potrošnja energije po načinima prijevoza putnika
Vodom
Zrakom
Željeznicom
Autobusi
Osobna vozila
Potrošnja energije, exa J / god.
Specifična potrošnja energije po načinima prijevoza putnika
Potrošnja energije, MJ/(putnik-km)
Zrakoplovi
Osobna vozila
Autobusi
Željeznica
Godišnji prijeđeni put u 1000 km po putniku
Promjena udjela različitih načina prijevoza putnika
Vodom
Zrakom
Željeznicom
Autobusi
Osobna vozila
Prosječna potrošnja goriva l/100 km po osobnom vozilu
Prosječna potrošnja goriva l/100 km po novom osobnom vozilu
Prodajna cijena benzina u US$/l po pojedinim zemljama
Potrošnja energije po različitim načinima prijevoza tereta
Potrošnja energije, exa J / god.
Brodovi
Željeznica
Kamioni
Specifična potrošnja energije po načinima prijevoza tereta
Potrošnja energije, MJ/tona-km
Kamioni Željeznica Brodovi
Godišnja emisija CO2 u Mt po područjima
Emisija, MtCO2 / god.
OECD
Zemlje u razvoju
Kina
Zemlje u tranziciji
Srednji istok
Specifična emisija CO2 po stanovniku i po područjima
Godišnja emisija, tCO2 / stanovnik
OECD Zemlje u tranziciji
Zemlje u razvoju Kina Srednji istok
Sirova nafta
Dokazane svjetske rezerve sirove nafte u mega barrelima
Milijarde bačvi (barrela), 1 barrel = 159 litara
Sjeverna AmerikaAzija i
Pacifik
J. i C. Amerika Afrika
Europa i EurAzija
Srednji istok
Promjena dokazanih svjetskih rezervi sirove nafte
Postotni udjeli
1984 ukupno 761.6 milijardi barrela
1994 ukupno 1017.5 milijardi barrela
2004 ukupno 1188.6 milijardi barrela
Srednji istok Europa i EurAzija Afrika
J. i C. Amerika Sjeverna Amerika Azija i Pacifik
Dnevna proizvodnja sirove nafte
Milijuna barrela na dan
Proizvodnja nafte raste više od 3 milijuna b/d u 2004, što je najveće povećanje od 1976. Proizvodnja u OPEC-u raste više od 2 milijuna b/d, raste i proizvodnja u Rusiji.
Sjeverna Amerika J. i C. Amerika Europa i EurAzijaSrednji istok Afrika Azija i Pacifik
Dnevna potrošnja sirove nafte
Milijuna barrela na dan
Sjeverna Amerika J. i C. Amerika Europa i EurAzija
Srednji istok Afrika Azija i Pacifik
Prosječna godišnja potrošnja sirove nafte u svijetu po stanovniku
Tona po stanovniku
Promjena cijene sirove nafte
US$ te godine US$ 2004. godine
Cije
na s
irove
naf
te U
S$/
barr
el
Svjetski događaji
Godišnji prijevoz sirove nafte (2000)
Godišnji prijevoz, 106 t
SADKanadaMeksikoJ. i C. AmerikaEuropa i EurAzijaSrednji istokAfrikaAzija i Pacifik
Zemni plin
Dokazane svjetske rezerve zemnog plina
U 1012 m3 plina
Sjeverna Amerika
Azija i Pacifik
J. i C. Amerika Afrika
Europa i EurAzija
Srednji istok
Udjeli i iznosi dokazanih rezervi zemnog plina
Postotni udjeli
1984 ukupno 96.39 1012 m3
Srednji istok Europa i EurAzija
Afrika J. i C. AmerikaSjeverna Amerika
Azija i Pacifik
1994 ukupno 142.89 1012 m3 2004 ukupno 179.53 1012 m3
Dnevna proizvodnja zemnog plina po područjima
Proizvodnja, 106 m3
Sjeverna Amerika Europa i EurAzija Azija i Pacifik Ostatak svijeta
Dnevna potrošnja zemnog plina po područjima
Proizvodnja, 106 m3
Sjeverna Amerika Europa i EurAzija Azija i Pacifik Ostatak svijeta
Specifična godišnja potrošnja zemnog plina po područjima
T.e.n. po stanovniku
Godišnji transport zemnog plina po područjima
Transport, 109 m3 / god.
PlinovodiPrijevoz LNG brodovima
SADKanadaMeksikoJ. i C. EuropaEuropa i EurAzijaSrednji istokAfrikaAzija i Pacifik
Nuklearna energija
Godišnja proizvodnja nuklearne energije po područjima
Proizvodnja, 106 T.e.n.
Sjeverna Amerika Europa i EurAzija Azija i Pacifik Ostatak svijeta
Goriva proizvedena iz biomase
Svjetska i regionalna godišnja proizvodnja etanola (goriva)
Izvor: F.O. Lichts (2003). Ne uključuje proizvodnju etanola za pića
Mil
iju
ni
lita
ra
Svijet
Svjetska i regionalna godišnja proizvodnja biodizela (goriva)M
ilij
un
i li
tara
Istočna Europa Svijet
Ugljen
Dokazane rezerve ugljena u Gt (109 t)
(Udio antracita i bituminoznog ugljena prikazan je u zagradi)
Srednji istok
J. i C. Amerika
Afrika
Sjeverna Amerika
Europa i EurAzija
Azija i Pacifik
Hidroenergija
Godišnja proizvodnja hidroenergije u Mt ekvivalenta sirove nafte
106 T.e.n.
Sjeverna Amerika J. i C. Amerika Europa i EurAzija
Srednji istok i Afrika Azija i Pacifik
Prognoze buduće svjetske potrošnje energije
Zahvaljujemo na Vašoj pozornosti