Transcript Predavanje_01_TOPS Str

Preddiplomski studij strojarstva
TOPLINSKI STROJEVI I UREĐAJI
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:
Toplinski stroj
Unos topline Q
Prirast
temperature fluida:
Plin: zrak
Volumen 1 m3
Tlak 1 bar
Temperatura 20oC
Gustoća 1.23 kg/m3
Sp. toplina 1013 J/kgK
T 
Q
Q

m cp V  cp
Omjer produkta cp:
Tzrak  c p voda 998 4182


 3462
Tvoda  c p zrak 1.19 1013
Hidraulički stroj
Tekućina: voda
Volumen 1 m3
Tlak 1 bar
Temperatura 20oC
Gustoća 998 kg/m3
Sp. toplina 4182 J/kgK
Principi pretvorbe energije
Volumetrijski strojevi
(promjena volumena radnog prostora)
Dinamički strojevi
(promjena količine gibanja)
dQ  dU  dW  d (m u)  p dV


d mv 
dv  dm 
m
v
F
dt
dt
dt
    
P  M   r  F 
dW  p dV  p A ds  F ds
W
P
t


Korisne jednadžbe
Jednadžba stanja plina
Tijekom kompresije ili ekspanzije:
Jednadžba adijabate
Svojstva idealnoga plina
Eksponent adijabate:
Plinska konstanta:
Specifične topline:
pV  m R T
pV
mR 
 const
T
pV   const
  c p cv
 1
R  c p  cv  cv   1  c p

R
R
cv 
cp 
 1
 1
Specifična entalpija:
h  cp T
Specifična unutarnja energija:
u  cv T
TOPLINSKI STROJEVI
Volumetrijski strojevi
Kompresori, Motori s unutarnjim izgaranjem
Dinamički strojevi (turbostrojevi)
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
Tona ekvivalenta nafte: 1 T.e.n. = 42.5 GJ = 11.8 MWh
Ekvivalent energije u milijunima tona nafte (106 T.e.n.)
Nafta
Prirodni plin
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.
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
Potrošnja energije u exa J
1 exa J = 1018 J = 1012 MJ = 277.8·106 MWh
5%
12%
19%
23%
Obnovljiva
Nuklearna
41%
Ugljen
Plin
Nafta
Godine
Ukupna finalna energija, exa J
Ukupna potrošnja finalnih oblika energije, zemlje IEA
Nafta
Plin
El. energija
Ugljen
Biomasa
Centralno grijanje
El. energija 20%
El. energija 12%
Biomasa 3%
Ugljen 8%
Plin 19%
Nafta 58%
Centralno gr. 1%
Biomasa 3%
Ugljen 3%
Plin 20%
Nafta 53%
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$(GDP)
Potrošnja energije za grijanje u domaćinstvu
Potrošnja energije, exa J / god.
Biomasa
Centr. grijanje
El. energija
Plin
Ugljen
Nafta
Ostvarena ušteda energije po područjima potrošnje
Udio u ukupnoj uštedi
Ostala proizvodnja 14%
Grijanje 19%
Primarna metalna
ind. 13%
Primjene 3%
Domaćinstva 1%
Osobna vozila 8%
Industrija
nemetala 4%
Zračni prijevoz 6%
Kemijska industrija 9%
Teretna vozila 1%
Ostali prijevoz tereta 2%
Papir i celuloza 2%
Uslužne djelatnosti 18%
Prijevoz tereta
Prijevoz putnika
Domaćinstva
Uslužne djelatnosti
Proizvodnja
Potrošnja energije po načinima prijevoza putnika
Potrošnja energije, exa J / god.
Vodom
Zrakom
Željeznicom
Autobusi
Osobna vozila
Specifična potrošnja energije po načinima prijevoza putnika
Potrošnja energije, MJ/(putnik-km)
Zrakoplovi
Osobna vozila
Autobusi
Željeznica
Godišnji prijeđeni put u 1000 km po putniku
Promjena udjela različitih načina prijevoza putnika
Vodom
Zrakom
Željeznicom
Autobusi
Osobna vozila
Prosječna potrošnja goriva l/100 km po osobnom vozilu
Prosječna potrošnja goriva l/100 km po novom osobnom vozilu
Prodajna cijena benzina u US$/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
Azija i
Pacifik
Sjeverna
Amerika
J. i C.
Amerika
Afrika
Srednji
istok
Europa i
EurAzija
Promjena dokazanih svjetskih rezervi sirove nafte
Postotni udjeli
1984 ukupno 761.6
milijardi barrela
Srednji istok
J. i C. Amerika
1994 ukupno 1017.5
milijardi barrela
Europa i EurAzija
Sjeverna Amerika
2004 ukupno 1188.6
milijardi barrela
Afrika
Azija i Pacifik
Dnevna proizvodnja sirove nafte
Milijuna barrela na dan
Europa i EurAzija
Sjeverna Amerika
J. i C. Amerika
Azija i Pacifik
Srednji istok
Afrika
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.
Dnevna potrošnja sirove nafte
Milijuna barrela na dan
Sjeverna Amerika
Srednji istok
J. i C. Amerika
Afrika
Azija i Pacifik
Europa i EurAzija
Prosječna godišnja potrošnja sirove nafte u svijetu po stanovniku
Tona po stanovniku
Promjena cijene sirove nafte
Cijena sirove nafte US$/barrel
Svjetski događaji
US$ te godine
US$ 2004. godine
Godišnji prijevoz sirove nafte (2000)
Godišnji prijevoz, 106 t
SAD
Kanada
Meksiko
J. i C. Amerika
Europa i EurAzija
Srednji istok
Afrika
Azija i Pacifik
Zemni plin
Dokazane svjetske rezerve zemnog plina
U 1012 m3 plina
Srednji
istok
Europa i
EurAzija
Azija i
Pacifik
Sjeverna
Amerika
J. i C.
Amerika
Afrika
Udjeli i iznosi dokazanih rezervi zemnog plina
Postotni udjeli
1984 ukupno 96.39 1012 m3
Srednji istok
Afrika
1994 ukupno 142.89 1012 m3
Europa i EurAzija
Sjeverna Amerika
Azija i Pacifik
J. i C. Amerika
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.
SAD
Kanada
Meksiko
J. i C. Europa
Europa i EurAzija
Srednji istok
Afrika
Azija i Pacifik
Plinovodi
Prijevoz LNG brodovima
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
Milijuni litara
Svjetska i regionalna godišnja proizvodnja etanola (goriva)
Svijet
Izvor: F.O. Lichts (2003). Ne uključuje proizvodnju etanola za pića
Milijuni litara
Svjetska i regionalna godišnja proizvodnja biodizela (goriva)
Istočna Europa
Svijet
Ugljen
Dokazane rezerve ugljena u Gt (109 t)
(Udio antracita i bituminoznog ugljena prikazan je u zagradi)
Europa i
EurAzija
Sjeverna
Amerika
Afrika
Srednji
istok
J. i C.
Amerika
Azija i
Pacifik
Hidroenergija
Godišnja proizvodnja hidroenergije u Mt ekvivalenta sirove nafte
106 T.e.n.
Sjeverna Amerika
Srednji istok i Afrika
J. i C. Amerika
Azija i Pacifik
Europa i EurAzija
Prognoze buduće svjetske potrošnje energije
Zahvaljujemo na Vašoj pozornosti