Gazownictwo
1. Podstawy fizyki
Układy jednostek SI, krotności, jednostki anglosaskie. Przeliczanie
temperatury, ciśnienia, masy, objętości, wydatku masowego i
objętościowego. Praca, moc, energia, ciepło właściwe
Gazownictwo
1. Podstawy fizyki
Układy jednostek SI, krotności, jednostki anglosaskie. Przeliczanie
temperatury, ciśnienia, masy, objętości, wydatku masowego i
objętościowego. Praca, moc, energia, ciepło właściwe
Gazownictwo
Krotności potęgi
Wielokrotność
Przedrostek
Skrót
10
12
tera
T
10
9
giga
G
10
6
mega
M
10
3
kilo
k
10
2
hekto
h
10
1
deka
da
10
0
--
--
10
-1
decy
d
10
-2
centy
c
10
-3
mili
m
10
-6
mikro
µ
10
-9
nano
n
10
-12
piko
p
Gazownictwo
Uwaga!
Potęga
SI
ShortScale
(USA+ przemysł Oil&Gas)
LongScale
(Europa, Oil&Gas - Polska)
10
6
M (mega)
milion
milion (mln)
10
9
G (giga)
billion (B)
miliard (mld)
10
12
T (tera)
trillion (T)
bilion (bln)
10
15
P (peta)
quadrillion
biliard
10
18
E (eksa)
quintillion
trilion
Gazownictwo
Rys. 1. Źródło: Gas Research Institut, 1996
Zasoby CBM w N.App. 61 Tcf =
1,83 T m
3
Gazownictwo
Rys. 2. Źródło: Kędzior 2007, za Scott 2002; Przegląd Geologiczny, 2007
Zasoby CBM w N.App.
1,77 bln m
3
Gazownictwo
Specyficzne anglosaskie jednostki wydobycia, nakładów finansowych
(często stosowane w art. naukowych SPE)
Mscfd =10
3
scf
/
d (Uwaga, tutaj M = 1000, mille (łac.))
MMbbl= 10
6
bbl (1000x1000, MxM)
MM$ = 10
6
$
Proszę przeczytać
http://en.wikipedia.org/wiki/Standard_cubic_foot
http://en.wikipedia.org/wiki/Long_scale
http://www.spe.org/authors/docs/metric_standard.pdf
Wyjaśnienie short, long scale, jednostek M, MM itp.
Gazownictwo
Długość, objętość
Jednostka długości SI = 1m
1 ft (foot) = 0,3048 m
1 cf (cubic foot) = 0,3048
3
= 0,02831 m
3
(scf – standardowa stopa sześcienna => analogia m
3
m
n
3
)
1 in (inch) = 2,54cm
bbl = 0,159 m
3
Gazownictwo
Masa ilość substancji, gęstość
Masa
Układ SI = 1 kg
1 t (tona) = 1000 kg (ostatnio popularne 1Mg)
1lb (pound) = 0,4536 kg
Ilość substancji
mol, kmol
Masa cz. (M) CH
4
= 16 kmol/kg
Ilość moli n = M*m
Gęstość = masa zawarta w objętości
ρ = m/V [kg/m
3
]
Gazownictwo
Natężenie przepływu
Masowe (przepływ masy w czasie)
Q
m
= Δm/Δt [kg/s]
Objętościowe (przepływ objętości w czasie)
Q
V
= ΔV/Δt [m
3
/s]
Zauważamy, że
Q
V
= v*A
v – prędkość przepływu [m/s]
A – pole przekroju kanału [m
2
]
oraz
Q
m
= ρ* Q
V
Gazownictwo
Zadanie
Gaz o gęstości 0,7 kg/m3, przepływa przewodem 2” ze stałą prędkością 53 ft/min.
Oblicz strumień masowy [kg/s oraz lb/h] i objętościowy [dm3/min] przepływającego
gazu.
Gazownictwo
Rozwiązanie
Gazownictwo
Zadanie
Jaka musi być średnica tego przewodu, by prędkość wzrosła do 1 m/s
Gazownictwo
Rozwiązanie
Gazownictwo
Temperatura
Gazownictwo
Temperatura
Gazownictwo
Zadanie
Temperatura zera bezwzględnego wynosi 0K, ile to stopni C, F, R
Gazownictwo
Odpowiedz.
T
F
= - 459.67 [
°F]
T
C
= - 273.15[
°C]
T
R
= 0 [
°R]
Gazownictwo
Zadanie
Temperatura ludzkiego ciała wynosi 36.6 [°C]. Ile to R, K, F
Gazownictwo
Odpowiedz.
T
K
= 309,75 [K]
T
F
= 97,88 [°F]
T
R
= 557,55 [°R]
Gazownictwo
Ciśnienie
Ciśnienie bezwzględne p (absolutne) – intensywny parametr stanu, podany jako
wielkość bezwzględna – jest to ciśnienie, jakie wskazywałby manometr, gdyby poza
nim panowała pr
óżnia
Gazownictwo
Ciśnienie
1 at = 98066,5 Pa = 0,098066 MPa
1 atm = 101325 Pa (760 mm Hg) = 0,101325 MPa
1Tr = 1mmHg = 133.32Pa = 13.595mmH
2
O
1 bar =10
5
Pa = 0,1 MPa
1 psi (pound force per square inch) = 6895 Pa
Ciśnienie słupa cieczy można wyrazić:
p = ρ*g*h [Pa = N/m
2
]
g = 9,81 [m/s
2
= N/kg]
h – wysokość słupa cieczy [m]
Gazownictwo
Zadanie
1 atm = 760 mm Hg, jaką gęstość ma rtęć?
Gazownictwo
Rozwiązanie
Gazownictwo
Praca, moc, energia, ciepło
Praca (Work, Labor) – iloczyn siły i drogi na jakiej siła działa
W = F*s*cos(F,s) [J = N*m]
1KM = 0.735kW , (KM – koń mechaniczny)
Energia (Energy), Ciepło [J]
1cal = 4,1868 J
1BTU = 1055J , (BTU – British Thermal Unit)
Moc (Power) – szybkość wykonania pracy, przekazania energii
P = W/t
[Wat (W) = J/s]
Wniosek => energię można wyrazić, jako iloczyn mocy i czasu
1kWh = (1000*60*60 [W*s]) = 3.6
⋅
10
6
J
Gazownictwo
Zadanie
Wartość opałowa węgla wynosi 20 MJ/kg. Ile uzyskamy energii ze spalenia 350 cf
węgla o ρ = 1500 kg/m3 (kcal, J, kWh).
Gazownictwo
Rozwiązanie
Gazownictwo
Zadanie
Q = m*C
p
* ΔT
O ile podniesie się temperatura 9 912 550 [dm
3
] wody po dostarczeniu 71*10^6 kcal
energii w postaci ciepła, jeżeli C
p
= 4190 [J/kg*K], ρ = 1,03 [kg/dm
3
]
Zadanie
Ile będzie wynosić temperatura wody, jeżeli t
0
= 12°C,
Gazownictwo
Rozwiązanie
Gazownictwo
Zadanie
Ile potrzeba energii, by podgrzać 1g wody o 1°C, C
p
= 4190 [J/kg*K],
Gazownictwo
Rozwiązanie
(definicja kalorii)
(tyle energii trzeba dostarczyć 1g wody by podgrzać ją od 14,5C do 15,5C, w innych przedziałach wynik nieznacznie się różni, bo Cp = f(T) )
Gazownictwo
Zadanie
Ile potrzeba energii, by podgrzać 1 lb wody o 1°F,
Gazownictwo
Rozwiązanie
(definicja BTu)
(tyle energii trzeba dostarczyć 1g wody by podgrzać ją od 63F do 64F, w innych przedziałach wynik nieznacznie się różni, bo Cp = f(T) )
Gazownictwo
Sprawność procesu (ogólnie) η [-]
Iloraz energii wytworzonej i energii dostarczonej
wielkość fizyczna określająca w jakim stopniu urządzenie, organizm lub proces
przekształca energię występującą w jednej postaci w energię w innej postaci
η = E
wyt.
/E
dost.
Gazownictwo
Zadanie
Sprawność elektrowni węglowej wynosi 26%. Ile trzeba spalić ton węgla
kamiennego, o wartości opałowej 20 MJ/kg, aby uzyskać 2,5 TJ energii
elektrycznej?
Gazownictwo
Rozwiązanie
Gazownictwo
Zadanie
Sprawność czajnika elektrycznego wynosi 80%. Ile pobierze energii, podgrzewając
1L
wody z 20C do 95C. C
p
=4189 J/kgK, ρ = 998 kg/m
3
. Ile potrwa podgrzanie
wody, jeżeli jego moc = 0.85 kW
Gazownictwo
Rozwiązanie
Gazownictwo
Zadanie
Cena importu gazu do Polski (wartość opałowa 35,5 MJ/m
3
) wynosi 360$ za 1000 m3
Cena gazu w USA = 3$ za milion BTu
Ile konsument płaci za 1GJ, 1kWh energii w Polsce i w USA, $ = 3,2 PLN
Różnice między wartością opałową, ciepłem spalania, liczbę Wobbego oraz podział paliw gazowych ze
względu na w/w kryteria poznamy na kolejnych zajęciach
Gazownictwo
Rozwiązanie