Rajczy Mátyás. A gazdasági növekedés fizikai korlátai

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Rajczy Mátyás. A gazdasági növekedés fizikai korlátai"

Géza Budai
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Rajczy Mátyás A gazdasági növekedés fizikai korlátai

2 A szakdolgozat célja Egy egyértelmű és viszonylag könnyen meghatározható, aggregálható mérőszám megállapítása. Alkalmazásával a gazdaságot hosszú távon befolyásoló, fizikai korlátokat figyelembe vevő döntéseket lehet hozni.

3 Témaválasztás Egy üzem anyagáramlásait figyelembevevő termodinamikai modell kidolgozása. A papírgyártás anyag és energiaintenzív technológiákat használ, ami alkalmassá teszi ilyen modellek kiszámítását. A papírgyártásnál figyelembe kell még venni hogy nemcsak energiafogyasztó, de energiatermelő ágazat is lehet. A kétirányú energiaáramlás feldolgozása még érdekesebbé teheti a termodinamikai modellt.

4 Tartalom Bevezetés Termodinamikai összefoglaló, tárgykör, alaptörvények, alapfogalmak és a termodinamikai rendszerek jellemzése Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására I. Egy fűtött ház jellemzése Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására II. Egy papírgyár jellemzése

Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására I.

5 Bevezetés I. Termodinamikai összefoglaló Termo hő ; Dynamis erő Tárgyköre: Irreverzibilis (visszafordíthatatlan) folyamatok vizsgálata hétköznapi fizika

6 Bevezetés II. Termodinamikai összefoglaló Alaptörvények: Az anyagmegmaradás törvénye: Az izolált rendszerek anyagmennyisége nem változik, csak átalakul másfajta anyaggá. Anyagot nem lehet a semmiből teremteni vagy elpusztítani. Az energiamegmaradás törvénye: Az izolált rendszerek belső energiája nem változik, csak átalakul másfajta energiává. Energiát nem lehet a semmiből teremteni vagy elpusztítani. Az entrópianövekedés törvénye: Az entrópia az izolált rendszerekben az idő haladásával növekszik. Az entrópia mindig pozitív vagy nem változik a nagysága! ΔS>= 0

másfajta anyaggá. Anyagot nem lehet a semmiből teremteni vagy elpusztítani.

7 Bevezetés III. Termodinamikai összefoglaló Alapfogalmak: Belső energia (J): A test állapotára jellemző mennyiség, megváltozása a rendszerrel közölt hő és a rendszeren végzett munka összege. du= Q + L Entrópia (J/K): A hőközlés és a hőmérséklet hányadosa, növekedése az izolált rendszer egyensúly felé húzó ereje, a különbségek eltűnése. S= Q/T ΔS>= 0 S (aktuális) = U/T + (p/t)*v + (µ/t)*n

mennyiség, megváltozása a rendszerrel közölt hő és a rendszeren végzett munka összege.

8 Bevezetés IV. Termodinamikai összefoglaló Extrópia (J/K): Az entrópia ellentéte, entrópiahiány, mely a távolságot jelöli az egyensúlyi állapottól. π = S S (egyensúlyi) (aktuális) S (egyensúlyi) = (1/T 0 )*U + (p 0 /T 0 )*V + (µ 0 /T 0 )*N Ez csak izolált rendszer esetén az egyensúlyi entrópia. π= (1/T 1/T)*U + (p /T p/t)*v + (µ /T µ/t)*n Exergia (J): Egy adott környezetben maximálisan kinyerhető munka. B= π*t

9 Bevezetés V. Termodinamikai összefoglaló Izolált termodinamikai rendszer: A rendszer és környezete között se energia, se anyagáramlás nincsen. A természetben nagyon ritka. ΔS>= 0 Zárt termodinamikai rendszer: A rendszer és környezete között csak energiaáramlás lehetséges. A természetben egymástól nagy távolságra eső rendszerek ilyenek. ΔS>= ΔQ/T Nyílt termodinamikai rendszer: A rendszer és környezete között energia és anyagáramlás is lehetséges. A természet kisebb alkotóelemei mind nyílt rendszerek. ΔS<> 0 Állandó hőmérsékletű és nyomású környezetben lévő nyílt rendszer ΔS< 0, Δπ<= 0

A természetben egymástól nagy távolságra eső rendszerek ilyenek.

10 Bevezetés VI. Termodinamikai összefoglaló Bolygónk egy nagyjából zárt rendszer, mely egymásra épült nyílt rendszerek hálózatából áll. Mivel mindennapjainkban az apróbb, nyílt rendszerek hatásait tapasztaljuk meg leggyakrabban, így az elkövetkezőkben a nyílt rendszerek termodinamikáját fogom megvizsgálni.

11 Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására I. Egy fűtött ház jellemzése Megvizsgáltuk termodinamikai szempontból azt a kérdést, hogy miért fűtünk. Elvárások: Szignifikáns változás szobamérettel és a hőmérséklet különbség nagyságával együtt változó költségek, pénzre való átszámítás esetén. Egy szoba méretével arányos termodinamikai mértékegység, ami a szoba hőmérsékletével és méretével együtt változik. A kettő összeegyeztethető legyen.

Elvárások: Szignifikáns változás szobamérettel és a hőmérséklet különbség nagyságával együtt változó

12 Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására I. Egy fűtött ház jellemzése Légszigetelt ház fűtése: ΔU= +1,49 MJ >0 Állandó légnyomású ház fűtése: ΔU= 0 ΔS= +7,7 MJ/K >0 ΔS= 48,7 MJ/K <0 N SZ 298 = 1600 mol N SZ 253 = 1600 mol T Tél = K N SZ 298 = 1600 mol N SZ 253 = 1884,6 mol A belső energia és az entrópia mennyiségének változása teljesen kaotikus. Egyik sem felel meg az előbb felsorolt három feltételnek.

ΔS= +7,7 MJ/K >0 ΔS= 48,7 MJ/K <0 N SZ 298 = 1600 mol N SZ 253 = 1600 mol T Tél = 253 0 K N SZ 298 =

13 Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására I. Egy fűtött ház jellemzése Légszigetelt ház fűtése: Állandó légnyomású ház fűtése: Δπ= +638 J/K >0 Δπ= +638 J/K >0 Ennyi a minimál extrópia a ház felfűtéséhez. ΔB= +190,14 KJ >0 ΔB= +190,14 KJ >0 Hőcserélő alkalmazásával. N SZ 298 = 1600 mol N SZ 253 = 1600 mol T Tél = K N SZ 298 = 1600 mol N SZ 253 = 1884,6 mol

J/K >0 Δπ= +638 J/K >0 Ennyi a minimál extrópia a ház felfűtéséhez.

14 Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására I. Egy fűtött ház jellemzése Az extrópia és az exergia változása mind a légszigetelt, mind az állandó nyomású ház esetén megegyezik. Értékük csak a szoba hőmérsékletével és molszámával együtt változik, ami K on mindkét esetben megegyezik. Ezt biztosíthatjuk 190 KJ exergiával, de ha melegítésre használjuk 1,49 MJ t kell beleadnunk Az extrópia és az exergia könnyen átszámolható pénzbeli költségekre.

15 Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására II. Egy papírgyár jellemzése A csepeli csomagolópapírgyár hullám és nátronpapír csak hulladékpapírt dolgoz fel. Az alapanyag rostokra való szétoldásához és a gőzfejlesztő kazánok működéséhez nagyon sok víz kell. A gőzt igényes papírlapképzésre használják, ezért nagy mennyiségben állítják elő és a papírgyár gőzfejlesztő kazánjai a legenergiaigényesebb gépek az egész üzemben. A számítást a Csepeli gyár 4 es papírgépére végeztük el a Sárai Szabó András által adott adatok alapján.

Az alapanyag rostokra való szétoldásához és a gőzfejlesztő kazánok működéséhez nagyon sok víz kell.

16 Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására II. Egy papírgyár jellemzése A bemenő fosszilis eredetű energia: 12,8 GJ/t A gyártósor nettó energiafogyasztása: gőz (408 K fokos hőmérsékletű és 300 KPa nyomású). E Gőz = 7,69 GJ/t E Vill = 2,7 GJ/t A gőz és a villamos áram együttes energiája, 10,39 GJ t tesz ki. A gyártósor energikus hatásfoka 80 %. A bemenő extrópia 1 tonna papírra számolva: 1,184 t hulladékpapír 1,184* 80 MJ/K= 90MJ/K A fosszilis eredetű energia extrópiája 43 MJ/K A villamos energia 9 MJ/K. A gőz extrópiája 8,5 MJ/K

hőmérsékletű és 300 KPa nyomású). E Gőz = 7,69 GJ/t E Vill = 2,7 GJ/t A gőz és a villamos áram együttes energiája, 10,39 GJ t tesz ki.

17 Példa a termodinamikai mennyiségek alkalmazására II. Egy papírgyár jellemzése A kimenő extrópia: Termék: 80 MJ/K Hulladék: 8 MJ/K Entrópiaprodukció (extrópiaveszteség és energiaszétszóródás): 17.5 MJ/K A teljes entrópiaprodukció 51 MJ/K tonnánként a 4. gépre számolva.

Hulladék: 8 MJ/K Entrópiaprodukció (extrópiaveszteség és

18 Vége

Hasonló dokumentumok

Két szóból kihoztuk a legjobbat... Altherma hybrid

Két szóból kihoztuk a legjobbat... Altherma hybrid Elromlott a gázkazánom és gyorsan ki kell cserélnem Az ügyfelek elvárásai Iszeretnék hőszivattyút használni, de ezt hallottam, hogy nem lenne hatékony