HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (22/05/2017) Adı ve Soyadı: No: İmza:

Transkript

1 HR. Ü. Müh. Fak. Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınavı (/05/07) Adı ve Soyadı: No: İmza: Alınan Puanlar: Sınav sonucu. Süre: 00 dak. Not: Verilmediği düşünülen değerler için mantıklı kabuller yapılabilir. Gözetmenlere soru sorulmayacaktır. Soru Sorunun Tanımı S- Yanma sonu gazları, bir gaz türbinine 3.4 kg/s kütlesel debide, 750 ºC sıcaklık ve. MPa basınçta girmekte ve 630 ºC sıcaklık ve 500 kpa basınçta çıkmaktadır. Bu arada türbinden olan ısı kaybının 30 kw olduğu tespit (0 p) edilmiştir. Yanma gazı için hava özelliklerini kullanarak ve çevrenin 5 ºC ve 00 kpa basınçta olduğunu varsayarak a) Türbinin gerçek ve tersinir güç çıktılarını b) Türbinden yok olan ekserjiyi c) Türbinin ikinci yasa verimini hesaplayınız. d) Türbin çıkışındaki gazların ekserji değerini hesaplayınız. Not: Ortalama sıcaklık (( )/ = 690ºC) için Cp=.34 kj/kg.ºc. S- (0 p) S-3 (0 p) S-4 (0 p) S-5 (0 p) İzentropik sıkıştırma oranı 6 olan bir ideal Diesel çevriminde sıkıştırma başlangıcında hava 7 o C ve basınç 0. MPa dır. Çevrim başına verilen ısı 800 kj/kg ise; a) Çevrimin P-V ve T-s diyagramını çiziniz. b) Çevrimin her noktasındaki sıcaklık ve basınç değerlerini, c) Yapılan işi, d) Çevrimin ısıl verimini hesaplayınız. (Özgül ısıların sıcaklıkla değişmediğini kabul edin) Buharlı bir güç santrali ideal ara ısıtmalı-ara buhar almalı Rankine çevrimine göre çalışmakta ve 80 MW net güç üretmektedir. Buhar yüksek basınç türbinine 0 Mpa basınç ve 550 C sıcaklıkta girmekte, 0,8 Mpa basınçta çıkmaktadır. Bu basınçta türbinden ayrılan bir miktar buhar, kazan besleme suyunu açık bir besleme suyu ısıtıcısında ısıtmak için kullanılmaktadır. Geri kalan buhar 500 C sıcaklığa ısıtıldıktan sonra, alçak basınç türbininde 0 kpa yoğuşturucu basıncına kadar genişletilmektedir. Çevrimi T-s diyagramında göstererek; a) kazandan geçen buharın kütlesel debisini, b) çevrimin ısıl verimini hesaplayınız. Soğutucu akışkan olarak R-34a kullanan ve ideal buhar sıkıştırmalı soğutma çevrimine göre çalışan bir su soğutma makinasında Soğutucu akışkan kompresöre 30 kpa doymuş buhar olarak girmekte, kondenseri doymuş sıvı olarak 800 kpa basınçta terk etmektedir. Su soğutma makinasının evaporatörünün etrafından su soğutulmak üzere geçirilmektedir. Saate 0 litre su, evaporatörün bulunduğu hazneye 5 o C de girmekte 0 ºC de soğuk su olarak çıkmaktadır. Buna göre a) Sistemi şematik olarak çizip çevrimin P-h (Basınçentalpi) ve T-s(Sıcaklık-Entropi) diyagramlarını çiziniz. b) Sudan çekilen ısı miktarını, c) Su soğutma makinasında kompresörün çektiği gücü, d) Soğutma makinasının COP değerini hesaplayınız. C 5H ideal tam yanma koşullarında %50 fazla hava ile yanmaktadır. a) Hava yakıt oranını bulunuz. b) Ürünlerde H O nun yüzdesini bulunuz. s s s c p ln R ln, T P T P T s s s cv ln R ln T V V, q w = h h + ke + pe hava için k=.4, Cv=0.78 kj/ ve Cp=.005 kj/, R=0.87 kj/kg K, CEVAPLAR

2 ) P =. MPa T = 750ᵒC m = 3.4 kg/s Q = 30 kw P = 500 kpa T = 630ᵒC T.D.I Kanunu T 0 = T çevre = 98 K, P 0 = P çevre = 00 kpa Q W = m (h h ) = m c p (T T ) 30 kw W = 3.4 kg s W = kw kj.34 ( ) w tr = (h h ) T 0 (s s ) + V V s s = C p ln T R ln P =.34 ln ( ) 0.87 ln T P s s = = kj w tr = C p (T T ) 98K ( ) kj w tr =.34 ( ) = kj W tr = m w tr = 3.4 kg s kj = kw kg b) I = W tr W = = 4. 4 kw c) η II = w = = (%75. 39) w tr d) Ψ = (h h 0 ) T 0 (s s 0 ) s s 0 = C p ln T T 0 R ln P s s 0 = kj =.34 ln 903 P 0 98 Ψ =.34 (630 5) = 449. kj kg Ψ = m Ψ = kw 0.87 ln

3 ) P Q3 3 T 3 4 Q4 v 4 s T T = r k T = = K P P = r k P = 4850 kpa = P 3 P 3 = C p (T 3 T ) T 3 = q 3 + T C = K p T 3 = ( V k ) = ( V V k ) = r k ( T k ) T 4 V 3 V V 3 T 3 q 4 = C v (T 4 T ) = 773 kj/kg w net = q 3 q 4 = kj/kg η ısıl = w net q 3 = = 57% T 4 = ) P = 0 kpa h = h f = 9.8 kj/kg = f = m3 /kg w Pompa, = (P P ) 0.000m 3 kj /kg (800kPa 0kPa) ( kpa. m3) = 0.80 kj/kg h = w Pompa, + h = 0.80 kj/kg kj/kg = 9.6 kj/kg P 3 = 0.8 MPa h 3 = h f = 70.87kj/kg 3 = f = m3 /kg w Pompa, = 3 (P 4 P 3 ) 0.005m 3 kj /kg (0000kPa 800kPa) ( kpa. m3) = 0.6 kj/kg h 4 = w Pompa, + h 3 = = 73. kj/kg

4 P 5 = 0 MPa T 5 = 550ᵒC Kızgın buhar bölgesi h 5 = kj/kg s 5 = kj/ P 6 = 0.8 MPa s 5 = s 6 = kj/ Kızgın buhar bölgesi h 6 = 8. kj/kg P 7 = 0.8 MPa T 7 = 500ᵒC Kızgın buhar bölgesi h 7 = kj/kg s 7 = kj/ P 8 = 0 kpa s 8 = s 7 = kj/ Doymuş sıvı buhar bölgesi; x 8 = s 8 s f = = s fg h 8 = h f + x 8 h fg = ( ) = kj/kg y değerini bulmak için AÇIK BSI sisteminde enerjinin korunumu denkleminden; (m g h g ) = (m ç h ç ) = m 6h 6 + m h = m 3h 3 yh 6 + ( y)h = (h 3 ) y = h 3 h = h 6 h = 0.07 q g = (h 5 h 4 ) + ( y) (h 7 h 6 ) ( ) + ( 0.07)( ) = 3305.kj/kg q ç = ( y) (h 8 h ) = ( 0.07)( ) = 838.5kj/kg w net = q g q ç = = 466.6kj/kg m = W net = kj/s = 54. 5kg/s w net 466.kj/kg η ısıl = w net = 466. = 44. 4% q g 3305.

5 4) a) b) Q su = Q evap = m su C su (T sugiriş T suçıkış ) Q evap = 0 lt h m3 000lt 000kg m kj (5 0)ᵒC = kw c) I.Durum P = 30 kpa R 34a tablosundan Doymuş buhar h = h g = 5.88 s = s g = II.Durum P = 800 kpa Kızgın buhar tablosundan interpolasyon yapılarak s = s = h S Δh = = 3.63, h = kj/kg III.Durum P 3 = 800 kpa Doymuş sıvı h f = kj kg = h 3 IV.Durum h 3 = h 4 = kj/kg Q evap = m R 34a (h h 4 ) m R 34a = m R 34a = kg s kj s ( ) kj kg W komp = m R 34a (h h ) = kg s W komp = kw ( ) d) COP = Q evap = kw = 8. 7 W komp 0.044

6 5) C 5 H (O N ) 5CO + (H O) + 9.4N C 5 H +.65(O N ) 5CO + (H O) N O a) AF = ( 5)+ =.6 b) %H O = / 5+ = = 9.46%