1000kgの水を10℃から50℃へ上げる為に、ゲージ圧0.2MPaの飽和蒸気は何kg必要?という問題で、

ゲージ圧0.2MPaの飽和蒸気の潜熱は2163kJ/kgなので、必要な蒸気量をAkgとすると、
飽和蒸気から飽和水に変わる時の熱量は
 2163×A kJ
よってこの熱量によって1000kgの水が上昇する温度は、
 10+2163×A÷1000÷4.187 ℃
ゲージ圧0.2MPaの飽和水は133.7℃なので、上記の温度の水1000Kgと133.7℃の水Akgが
混ざって50℃になるので、
 1000×(10+2163×A÷1000÷4.187)+133.7×A = (1000+A)×50
と表わされるので、計算をすると
 A=66.63kg
となりますが、合っていますでしょうか?
教えてください。よろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

1,000 kg の水中に、ゲージ圧 0.2 MPa の生蒸気(なまじょうき)を直接吹き込んだ場合の計算でしょうか。



蒸気表のデータを使って計算したら駄目なんですか。
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この回答へのお礼

回答ありがとうございます。
直接吹きこみの指摘で気がつきました。
この計算は間接加熱で加熱した後、発生したドレンも投入したときの計算ですね。
ただ、直接吹きこみも、間接加熱後ドレン投入もエネルギー的には変わらないから結果は同じですね。
ちなみに蒸気表のデータは0℃を基準にしてあるので、それも計算に含めないといけません。

お礼日時:2011/04/19 09:20

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Q熱交換の基礎式を教えてください。

熱交換器における基礎式を教えてください。
蒸気と水での熱交換を行う際に、入口温度と出口温度の関係、
それに流速等も計算のデータとして必要なんだと思うんですが、
どういう計算で熱量、流速を決めればいいのか熱力学の知識がないので
分かりません。
いろんな書籍を買って勉強していますが、難しくて分かりません。
それに独学ですので、聞ける人がいなくて困っています。
どなたか、簡単に熱交換の基礎式などを教えてください。

Aベストアンサー

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2種類有る。
 L:伝熱面厚み
 kav:伝熱面の熱伝導率の異種温度の平均、熱伝面内外で温度が異なり、温度によって変化する熱伝導率を平均して用いる。
 hは、流体の種類や流れる速さ(主な指標はレイノルズ数)によって変化します。
 hsは、どの程度見積もるか、、、設備が新品ならZeroとしても良いのですが、使い込むとだんだん増加します。
 更には、Aも円管で厚みが有る場合は、内外を平均したり、Δtも入り口と出口の各温度差を対数平均するとか、色々工夫すべきところがあります。

>冷却管はステンレス製(SUS304)です。
 →熱伝導度の値が必要です。
>冷却管の中の水の温度は入口が32℃で出口が37℃です。>流量は200t/Hr程度流れております。
 →冷却水が受け取る熱量は、200t/Hr×水の比熱×(37-32)になります。この熱量が被冷却流体から奪われる熱量です。=Q
>冷却管の外径はφ34で長さが4mのものが60本
>冷却管の外径での総面積は25.6m2あります。
 →冷却管の壁厚みの数値が計算に必要です。
 伝熱面積も外側と内側を平均するか、小さい値の内側の面積を用いるべきです。

 まあしかし、現場的な検討としては#1の方もおっしゃっているように、各種条件で運転した時のU値を算出しておけば、能力を推し測る事が出来ると思います。
 更には、熱交換機を設備改造せずに能力余裕を持たせるには、冷却水の温度を下げるか、流量を増やすか、くらいしか無いのではないでしょうか。

 伝熱の計算は非常に難しいのですが、「難しい」と言っているだけでは先に進みませんので、そのさわりを。
 基本式は、Q=UAΔtです。
 Q:交換される熱量
 A:伝熱面積
Δt:伝熱面内外の温度差
  (冷却水入出の差ではない)

 ここで曲者は、U(総括伝熱係数とか熱貫流係数とか呼ばれるもの)です。
 Uの内部構造は、1/U=1/h1+1/hs1+L/kav.+1/hs2+1/h2と表現され、hを見積もる事が大変難しいのです。
 h:伝熱面の境膜伝熱係数、内外2種類有る。
 hs:伝熱面の汚れ係数、内外2...続きを読む

Q必要蒸気量について

1000Kgの水を10℃上げるための熱量は10000Kcal=42000KJ
0.2MpaGの飽和蒸気を使うとしてその比エンタルピーが2725KJ/Kg
ということは42000KJ/2725KJ/Kg≒15.4Kg 
15.4Kgの水を全て飽和蒸気にした熱量が必要という事でしょうか?
考え方は間違ってますか?ご指摘宜しくお願いします。

Aベストアンサー

概ね合っています。しかし・・・。
>0.2MpaGの飽和蒸気を使うとしてその比エンタルピーが2725KJ/Kg
ということは42000KJ/2725KJ/Kg≒15.4Kg 

この計算だと、0.2MPagの飽和蒸気が凝縮して0.2MPagの飽和水になり、更に0.2MPagの飽和水が0℃の水になる場合の必要蒸気量です。即ち
飽和蒸気の凝縮潜熱+飽和水の顕熱低下で1000Kgの水を10℃上昇させる場合です。なぜならば蒸気表の比エンタルピーは0℃の水をほぼ0とした基準で作成されているからです。
もちろん元々の水の温度が0℃未満ならありえます。
通常は飽和水の顕熱低下分は考えない場合が多いです。

必要蒸気量X = 42000/(2725-h')
でh'は飽和水の比エンタルピー
0.2MPag飽和ならh'=557kJ/kg
X = 42000/(2725-557) = 19.4kg

>15.4Kgの水を全て飽和蒸気にした熱量
飽和蒸気がすべて飽和水に変化する際の凝縮潜熱、というべきかと思います。

Qボイラーの蒸気量

ボイラ―の蒸気で2tのタンクを直接吹き込みで、

20℃から60℃まで温めています。
圧力は0.6Mpaなんですが

必要な蒸気量と温めるための単価はどうやって計算するのでしょうか?

ちなみに都市ガスです。

Aベストアンサー

ボイラー等に関しては素人ですが、関連する情報としてはボイラー効率と蒸気表が主ですのでサーチし調べて下さい。

"ボイラー効率" にてサーチ==>
http://www.tlv.com/ja/introduction_lecture/introduction_lecture5.html
ボイラーの省エネ対策 : 省エネ入門講座(蒸気編) - TLV
==>
http://www.tlv.com/ja/steam_story/index.html
もっと知りたい蒸気の話==>蒸気表の見方

600KPa 飽和蒸気の比エンタルピー: 2756.14KJ/KG

或いは"蒸気表" ==>
http://www.tlv.com/ja/steam_table/steam_table.php
でも同じ値が得られます。(圧力として0.6を入力)

この蒸気を60℃の水に吹き込み、全量が60℃の水に戻ったと考えた時、60℃の飽和水のエンタルピー:有する熱量は251.15KJ/KGです。
従って0.6MPa,1KGの蒸気が60℃の水になる時、2756.14-251.15=2504.99KJの熱量が発生します。

しかし実際は吹き込んだ蒸気の内一部は低温(60-100℃以内?)の蒸気として、温まった空気と共に逃げていくと思われますので、その損失分を差し引く必要があると思われます。

熱量単位についてはWikipedia ジュール、単位の換算一覧 等の項を参照下さい。
一方、水を20℃から60℃に暖める場合の熱量は次の通りです。(大カロリー使用)
40cal/g=40KCal/KG=4.1868(J/cal)*40Cal/KG =167.47KJ/KG

251.15-83.92=167.23KJ/KG (蒸気表 20,60℃飽和水のエンタルピー使用)

以上からボイラー効率100%, 蒸気吹き込み時の損失無しと仮定した場合、1KGの水を温めるのに必要な蒸気は 167.23/2504.99=0.06676KG 必要となります。

後はボイラ効率、蒸気吹き込み時の効率、3tonの水を温めるのに必要な熱量を求め、都市ガスが発生すべき熱量、都市ガス量、値段等は求めて下さい。
出来れは計算結果を補足等でお知らせ下さい。

なお、その他 Wikipedia ボイラー技士 ==>
http://www.exam.or.jp/
などを調べられるともっと色々な情報が得られると思われます。

ボイラー等に関しては素人ですが、関連する情報としてはボイラー効率と蒸気表が主ですのでサーチし調べて下さい。

"ボイラー効率" にてサーチ==>
http://www.tlv.com/ja/introduction_lecture/introduction_lecture5.html
ボイラーの省エネ対策 : 省エネ入門講座(蒸気編) - TLV
==>
http://www.tlv.com/ja/steam_story/index.html
もっと知りたい蒸気の話==>蒸気表の見方

600KPa 飽和蒸気の比エンタルピー: 2756.14KJ/KG

或いは"蒸気表" ==>
http://www.tlv.com/ja/steam_table/steam_table.php
でも同じ値が...続きを読む

Q給水量と蒸発量について

ボイラーの給水量と蒸発量はほぼ同じと考えて差し支えないでしょうか。
また給水量は通常m3で、蒸発量はtで表記されると思うのですが、
両者の単位換算はどう行ったらよいのでしょうか・・。
たとえば、(ほぼ同じと仮定して)蒸発量から給水量を求めたいときはどうすればいいのでしょうか。

蒸気になってしまうと1t=1m3ではなくなりますよね。
ボイラーの圧力から換算できるのでしょうか。

大変困っているのでどなたかご教授いただけたら幸いです。
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

次のサイト
http://www.tlv.com/ja/introduction_lecture/introduction_lecture5.html
にある式の直後の段落での説明によると
実蒸発量 = 給水量 - 缶水ブロー量
であるようです。ブロー水については、次のサイト
http://www.kuritabuiltech.com/syouene/syouene02-02c2.html
に図があります。

缶水ブロー量が給水量に比べて無視できるほど小さければ
実蒸発量 ≒ 給水量 (1)
となりますが、次のサイト
http://ghg-guideline.env.go.jp/measures/view/27
の図1の横軸には 缶水ブロー量 ÷ 給水量 の値として 0~18% がとってありますから、(1)式が成り立つと考えて差し支えないかどうかは(その判断基準も含めて)場合によるということになるのではないでしょうか。

単位についてですが、1 m^3 の水の質量は約1 t ですから、両者は水の量としては同じです。つまり、1 m^3 の水がそのまま蒸発した場合の水蒸気の量は約1 t です。

素人ですので、間違いがあるかもしれません。

次のサイト
http://www.tlv.com/ja/introduction_lecture/introduction_lecture5.html
にある式の直後の段落での説明によると
実蒸発量 = 給水量 - 缶水ブロー量
であるようです。ブロー水については、次のサイト
http://www.kuritabuiltech.com/syouene/syouene02-02c2.html
に図があります。

缶水ブロー量が給水量に比べて無視できるほど小さければ
実蒸発量 ≒ 給水量 (1)
となりますが、次のサイト
http://ghg-guideline.env.go.jp/measures/view/27
の図1の横軸には 缶水ブロー量 ÷ 給水量 ...続きを読む

Q蒸気ボイラのランニングコスト

蒸気ボイラの燃料コストを求めたいのですが、
どう求めるのが正しいのか分かりません。

例えば、5tボイラ、0.8MPa、給水温度15℃、A重油使用負荷率80%、ボイラ効率90%の場合、

(5×0.8×(0.8MPaの比エンタルピー-0.1MPaの比エンタルピー)÷(A重油の発熱量×ボイラ効率)×A重油単価

こんな感じなのでしょうか・・・あ、給水温度使っていませんね・・・比エンタルピーの代わりに、飽和温度(175℃くらいかな)-15℃とすればいいのか・・・
これもおかしいですね。

一番のネックは、飽和表の比エンタルピー(h’やh”)のどれを選んでよいのか分からない、つまり比エンタルピーが何者かということと、使い方がよく分かっていない、ということです。

ちょっと急いでいます。エキスパートの皆様、ぜひご教授のほどお願い申し上げます!

Aベストアンサー

小生の資料は古い単位であり、単位変換し(変換で若干の誤差があります)、一部仮定で計算してみましょう。 

● 蒸気発生量 5t/h *80%= 4,000Kg/h
(実質蒸気量であり、給水加熱などに使われる蒸気を含まないで計算する)

● 重油発熱量 10,200Kcal/Kg = 42,700kj/kg

● 重油単価  仮定 40円/kg

● 蒸気エンタルピ 0.8Mp では661kcal/kg=2767kj/kg

● 給水エンタルピ 15℃では 15kcal/kg=63kj/kg 
(給水加熱がある場合も給水加熱前の温度)

● 必要熱量  4000kg/h* (2767kj/kg-63kj/kg)÷0.9= 12,018,000kj/h

● 重油使用量 計算値 12,018,000kj/h÷42,700kj/kg =281kg/h

● 重油費用 281kg/h * 40円/kg = 11,240 円/h

● 蒸気単価 11240円/h ÷ 4,000kg/h = 2.81 円/kg

まとめ 上記は計算値ですが、一ヶ月の実績で、給水量、重油使用量より求める方が良いですね。
(上記計算はドレンブローなどの熱はボイラー効率に含まれているとします)

小生の資料は古い単位であり、単位変換し(変換で若干の誤差があります)、一部仮定で計算してみましょう。 

● 蒸気発生量 5t/h *80%= 4,000Kg/h
(実質蒸気量であり、給水加熱などに使われる蒸気を含まないで計算する)

● 重油発熱量 10,200Kcal/Kg = 42,700kj/kg

● 重油単価  仮定 40円/kg

● 蒸気エンタルピ 0.8Mp では661kcal/kg=2767kj/kg

● 給水エンタルピ 15℃では 15kcal/kg=63kj/kg 
(給水加熱がある場合も給水加熱前の温度)

● 必要熱量  4000kg/h* (2...続きを読む

Q水蒸気の発生量の計算

熱源130度で水を沸騰させている時の水蒸気発生量を出さなければいけないのですが、何を調べていいのか困っています。厨房の換気関係でその数値の出し方を知りたいです。何方か教えていただけないでしょうか。

Aベストアンサー

● Q=ΔT.A.U
○ Q : 伝熱量  kcal/h
○ ΔT: 温度差  30℃
○ A : 伝熱面積   1.4m2
○ U : 総括伝熱係数 kcal/(m2.h.℃
総括伝熱係数は釜の厚み、材質、表面粗さ、沸騰水の流れ、攪拌などの状態、粘度、密度、蒸気側も同じ、で様々な要因があり、計算で求める事は困難ですが、実績データーで 500~1500kcal/(m2.h.℃)程度の様です。
以下 500kcal/(m2.h.℃)で計算すると
● Q=30*1.4*500= 21000  kcal/h と成る
● 蒸発量は100℃の蒸気潜熱 539kcal/kg より
  21000kcal/h ÷ 539kcal/kg≒40kg/h と成る。
● Uが1500の場合はこの3倍で 120kg/h と成る。
● 従って蒸発量は 40~120kg/h と推定します。
● 但し、蒸気が充分供給され、ドレントラップも充分な容量があり、凝縮ドレンも充分に排出できる条件にあるとする。
● 加熱源の蒸気も40~120kgの5~10%増し程度必要で此れは潜熱の差とロスなどがある。
●上記計算がSI単位系でなく、申し訳ありません。

まとめ 蒸発量は 40~120kg/h と推定します。
    状況が充分把握できず、狂いが生じる可能性を考慮し、検討ください。 精度良く計算は出来ません。

● Q=ΔT.A.U
○ Q : 伝熱量  kcal/h
○ ΔT: 温度差  30℃
○ A : 伝熱面積   1.4m2
○ U : 総括伝熱係数 kcal/(m2.h.℃
総括伝熱係数は釜の厚み、材質、表面粗さ、沸騰水の流れ、攪拌などの状態、粘度、密度、蒸気側も同じ、で様々な要因があり、計算で求める事は困難ですが、実績データーで 500~1500kcal/(m2.h.℃)程度の様です。
以下 500kcal/(m2.h.℃)で計算すると
● Q=30*1.4*500= 21000  kcal/h と成る
● 蒸発量は100℃の蒸気潜熱 539kcal/kg より
  21000kcal/h ÷ 539kca...続きを読む

Q水の温度上昇の計算式

水の温度上昇の計算式

水をヒーターを使って温度を上昇させる時のヒーター容量の計算式を教えてもらえませんか。
例えば20度の水を90度に70度上げるといった様な。
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

ジュールで計算するかカロリーで計算するかにもよりますし水の比熱は温度により多少異なるので近似値になりますが

温度差(Δt)×水の比熱(≒4180J/K・kg)×水の量(kg) で必要な熱量(ジュール数)がわかります
1Jは1W・s(ワット秒)なので
先に求めたジュール数を 「何秒かけて加熱すればいいか」の秒数で割るだけです

例 
30L、20度の水を3分で70度にしたい場合
(70-20)×4180×30=6270KJ
これを180秒で割ると 34.8kw

Q3相電動機の消費電力の求め方

3相電動機の消費電力の求め方について質問です。

定格電圧 200V
定格電流  15A
出力   3.7KW

上記の電動機ですが実際の電流計指示値は10Aです。
この場合の消費電力の求め方は
√3*200*15=5.1KW
3.7/5.1*=0.72
√3*200*10*0.72=2.4KW
消費電力 2.4KW

このような計算で大丈夫でしょうか?
宜しくお願いします。

Aベストアンサー

出力は軸動力を表しているので、消費電力はそれを効率で割る必要があるかと思います。
概算で出してみると、定格での効率が85%程度と仮定すると、定格時の消費電力は3.7/0.85=4.4kW程度になります。
この時の一次皮相電力は、5.1kVAで、無効電力Qnは√(5.1^2-4.4^2)=2.6kVar程度になります。

この無効電力は励磁電流が支配的でしょうから、負荷によらず変わらないとすると、軽負荷時に線電流が10Aになったときの皮相電力は√3*200*10 で3.5kVAで、このときの有効電力は√(3.5^2-2.6^2)=2.3 kW という具合になりそうに思います。

Q気化熱と蒸発潜熱

両者の違いが分かりません。
どなたか教えてください。できれば今日中に…

Aベストアンサー

確か同じものですよね。

気化熱は潜熱の一種です。
潜熱というのは物体の相が変わるために必要な熱量のことで、
固相←→液相(融解、凝固)のときを融解潜熱、
液相←→気相(蒸発、凝縮)のときを蒸発潜熱、
固相←→気相(昇華)のときを転移潜熱というわけです。

Q圧力と流量の関係

省エネ対策として蒸気の圧力設定変更によって流量はどのように変わるのか解りません?
たとえば、圧力4kg/cm2を3kg/cm2に変更した場合に流量はどれ位変わるのでしょうか?また、配管口径によっても異なるのでしょうか?

Aベストアンサー

おおざっぱな計算になりますが、ベルヌーイの定理
p+1/2ρv2+ρgh=一定
で考えれば良いかと思います。右辺第1項pは圧力、第2項は運動エネルギー、ρは密度、vは速度です。第3項は位置エネルギー、gは重力加速度、hは高さです。
大気圧p0に水平に放出されるとすると、位置エネルギーを無視すれば
p=p0+1/2ρv2
題意から右辺pがp0の4倍から3倍に減少し、速度がvからuに変化したとすると
4xp0=p0+1/2ρv2・・・(1)
3xp0=p0+1/2ρu2・・・(2)
(2)/(1)は
2/3=(u/v)2
よって流速vはu√(2/3)に減少します。
流量は速度に断面積を掛けたものですから、同様に
√(2/3)倍に減少します。

 ただし実際は、圧縮性によりρは圧力によって変化します。また断面積によっては粘性の影響が無視できなくなります。流速によっては乱流も考慮しなければなりません。この場合管の長さも影響します。ざーと書いたので、検算してくださいね。
 以上ご参考まで。
 


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