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