TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM 4

Transkript

1 Kapalı Sistem Enerji Analizi TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM m 3 hacmindeki bir tank başlangıçta 160 kpa basınç ve %40 kuruluk derecesinde soğutucu akışkan-134a içermektedir. Daha sonra, basınç 700 kpa olana kadar akışkana ısı verilmektedir. (a) Tanktaki soğutkanın kütlesini (b) Verilen ısı miktarını hesaplayın. Ayrıca işlemi doyma eğrilerini de dikkate alarak P- diyagramında gösterin İyi yalıtılmış sabit hacimli kapalı bir kap, metal bir perdeyle ikiye bölünmüştür. Başlangıçta, bölmelerden birinde 60 C sıcaklık ve 600 kpa basınçta 2.5 kg sıkıştırılmış sıvı su bulunmaktadır. Bölmelerden diğerinde ise vakum vardır. Daha sonra metal perde kaldırılmakta ve su tüm hacmi kaplamaktadır. Son haldeki basıncın 10 kpa olduğunu göz önüne alarak, kabın hacmini ve suyun son haldeki sıcaklığını hesaplayın Bir piston-silindir düzeneğinde başlangıçta 250 kpa basınçta 0.8m 3 doymuş su buharı bulunmaktadır. Bu durumdayken piston iki durdurucu üzerinde bulunmaktadır. Pistonu kaldırmak için 300 kpa basınca gerek vardır. Daha sonra buhara olan ısı geçişi sonunda hacim iki katına çıkmaktadır. Hal değişimini, doyma eğrilerini de göstererek P- diyagramında çizin. Ayrıca (a) son haldeki sıcaklığı, (b) hal değişimi sırasında yapılan işi, (c) toplam ısı geçişini hesaplayın. Mükemmel Gazlar İçin Kapalı Sistem Enerji Çözümlemesi m x 5 m x 7 m boyutlarında bir oda buharlı ısıtma sisteminin radyatörüyle ısıtılmaktadır. Radyatörün verdiği ısı kj/h olup, 100 W gücünde bir fan da odada hava dolaşımını sağlamaktadır. Odadan ısı kaybı 5000 kj/h olarak tahmin edilmektedir. Odanın 10 C sıcaklıkta 20 C sıcaklığa gelmesi için geçecek zamanı hesaplayınız. Oda sıcaklığında sabit özgül ısı değerlerini alın. (P=100 kpa, R=0.287 kpa.m 3 /(kg.k), c v =0.718 kj/(kg. C) ) 4.68 Bir piston-silindir düzeneğinde başlangıçta 200 kpa basınç ve 27 C sıcaklıkta 3 kg hava bulunmaktadır. Bu durumda piston durdurucular üzerindedir. Pistonu yukarı hareket ettirmek için 400 kpa basınca gerek vardır. Daha sonra silindir içindeki havaya ısı geçişi olmakta ve hacmi iki katına çıkmaktadır. Bu hal değişimi sırasında (a) yapılan işi ve (b) ısı geçişini hesaplayın.

2 BÖLÜM 5 Sürekli Akışlı Açık Sistemler Lüleler ve Yayıcılar 5-29 Sürekli akışlı adyabatik bir lülede, hava lüleye 300 kpa basınç, 200 C sıcaklık ve 30 m/s hızla girmekte, 100 kpa basınç ve 180 m/s hızla çıkmaktadır. Lülenin giriş kesit alanı 80 cm 2 dir. (a) Lüleden akan havanın kütlesel debisini, (b) havanın lüleden çıkış sıcaklığını, (c) lülenin çıkış kesit alanını hesaplayınız. (c p,ort =1.02 kj/(kg. C) ) 5-33 Hava, giriş kesit alanının, çıkış kesit alanına oranı 2:1 olan adyabatik bir lüleye 600 kpa basınç, 500 K sıcaklık ve 120 m/s hızla girmekte, 380 m/s hızla çıkmaktadır. Akışın sürekli olduğunu kabul ederek; (a) Havanın çıkış sıcaklığını, (b) havanın çıkış basıncını hesaplayınız 5-36 Karbondioksit sürekli akışlı adyabatik bir lüleye, 1 MPa basınç ve 500 C sıcaklıkta girmekte, 100 kpa basınç ve 450 m/s hızla çıkmaktadır. Akışın debisi 6000 kg/saat olup, lülenin giriş kesit alanı 40 cm 2 dir. Akışın (a) giriş hızını, (b) çıkış sıcaklığını hesaplayınız. (R= kpa.m 3 /(kg.k) ) kpa basınç, 27 C sıcaklıkta hava sürekli akışlı bir yayıcıya 2.5 kg/s debi ve 220 m/s hızla girmekte, 42 C sıcaklıkta çıkmaktadır. Yayıcının çıkış kesit alanı 400 cm 2 dir. Akış sırasında havadan çevreye 18 kj/s ısı geçişi olmaktadır. Havanın (a) çıkış hızını, (b) çıkış basınıcını hesaplayınız Soğutucu akışkan 134a, sürekli akışlı bir yayıcıya 12 m/s hızla, 800 kpa basınçta doymuş buhar olarak girmekte, 900 kpa basınç ve 40 C sıcaklıkta çıkmaktadır. Yayıcıdan geçerken soğutucu akışkan 134a ya çevreden 2 kj/s ısı geçişi olmaktadır. Yayıncının çıkış kesit alanı giriş kesit alanından %80 daha büyük olduğuna göre, soğutucu akışkanın (a) çıkış hızını, (b) kütle debisini hesaplayınız. Türbinler ve Kompresörler 5-47 Su buharı sürekli akışlı adyabatik bir türbine 10 MPa basınç, 450 C sıcaklık ve 80 m/s hızla girmekte, 10 kpa basınç ve yüzde 92 kuruluk derecesinde, 50 m/s hızla çıkmaktadır. Buharın kütle debisi 12 kg/s olduğuna göre, (a) akışın kinetik enerjisindeki değişimi, (b) türbinde üretilen gücü (c) türbin giriş kesit alanını hesaplayınız Argon gazı sürekli akışlı adyabatik bir türbine 900 kpa basınç ve 450 C sıcaklıkta, 80 m/s hızla girmekte, 150 kpa basınçta, 150 m/s hızla çıkmaktadır. Türbinin giriş kesit alanı 60 cm 2 dir. Türbinin gücü 250 kw olduğuna göre argonun türbinden çıkış sıcaklığını hesaplayınız. R=0.2081kPa.m 3 /(kg.k), c p = kj/(kg. C)

3 5-54 Soğutucu akışkan-134a, adyabatik bir kompresöre doymuş buhar olarak -24 C sıcaklıkta girmekte ve 0.8 MPa basınca sıkıştırıldıktan sonra kompresörden 60 C sıcaklıkta çıkmaktadır. Soğutucu akışkanın debisi 1.2 kg/s dir. (a) Kompresörü çalıştırmak için gerekli gücü (b) soğutucu akışkanın kompresöre girişindeki hacimsel debisini hesaplayınız Hava, gaz türbinli bir elektrik santralinin kompresörüne, 100 kpa basınç ve 25 C sıcaklıkta düşük bir hızla girmekte, 1 MPa basınç ve 347 C sıcaklıkta, 90 m/s hızla çıkmaktadır. Kompresörde yapılan soğutma ile havadan dakikada 1500 kj ısı geçişi olmaktadır. Kompresörü çalıştırmak için gerekli güç 250 kw dır. Kompresöreden geçen hava debisini kg/s olarak belirleyiniz. Kısılma Vanaları 5-62 Soğutucu akışkan-134a, sürekli akışlı bir açık sistemde, 700 kpa basınçta doymuş sıvı halinden 160 kpa basınca kısılmaktadır. Akışkanın hal değişimi sırasında sıcaklığındaki düşmeyi ve çıkış halindeki özgül hacmini hesaplayınız Su buharı iyice yalıtılmış bir vanayla sürekli akışta 8 MPa basınç ve 500 C sıcaklıkta, 6 MPa basınca kısılmaktadır. Su buharının çıkış sıcaklığını hesaplayın. Karışma Odaları ve Isı Değiştiricileri 5-74 Biri 1 MPa basınç ve 12 C sıcaklıkta, diğeri 1 MPa basınç ve 60 C sıcaklıkta iki soğutucu akışkan-134a akışı, sürekli akışlı bir karışıma odasında bir araya gelmektedir. Soğutucu akışkanın kütle debisi sıcak akışkanın kütle debisinin iki katı olduğuna göre, çıkan akışın sıcaklığını ve kuruluk derecesini bulunuz Boruda akan 1 MPa basınç ve 80 C sıcaklıktaki soğutucu akışkan-134a, bir yoğuşturucuda borular üzerinden geçirilen havayla 1 MPa basınç ve 30 C sıcaklığa soğutulmaktadır. 600 m 3 /dk debisinde hava soğutturucuya 100 kpa basınç ve 27 C sıcaklıkta girmekte, 95 kpa basınç ve 60 C sıcaklıkta çıkmaktadır. Soğutucu akışkanın kütle debisini hesaplayınız kg/saat debisindeki su buharı, bir güç santralinin yoğuşturucusuna 20 kpa basınç ve yüzde 95 kuruluk derecesinde ile girmektedir. Yoğuşturucuda, boruların içinden akan nehir suyuna ısı geçişi olmaktadır. Isıl kirlenmeyi önlemek için nehir suyunun sıcaklık artışı 10 C ile sınırlanmıştır. Suyun yoğuşturucu çıkışındaki hali, 20 kpa basınçta doymuş sıvı olduğuna göre, soğutma suyunun debisi ne olmalıdır.

4 BÖLÜM 6 Soğutma Makineleri ve Isı Pompaları 6-52 Soğutucu akışkan 134a, bir ev ısı pompasının yoğuşturucusuna 800 kpa ve 35 C de, kg/s debi ile girmekte ve yoğuşturucudan 800 kpa basınçta doymuş sıvı olarak çıkmaktadır. Kompresör 1.2 kw güç harcadığına göre (a) ısı pompasının COP değerini ve (b) dış havadan birim zamanda alınan ısı miktarını hesaplayınız Soğutucu akışkan-134a, bir ev buzdolabının dondurucu bölümünün arkasında bulunan buharlaştırıcıya 120 kpa basınçta yüzde 20 kuruluk derecesiyle girmekte ve 120 kpa basınçta -20 C de çıkmaktadır. Kompresör 450 W güç harcadığına ve buz dolabının COP değeri 1.2 olduğuna göre (a) soğutucu akışkanın kütlesel debisini ve (b) mutfak havasına birim zamanda verilen ısı miktarını belirleyin. Carnot Isı Makineleri 6-77 Bir jeotermal güç santrali 160 C sıcaklıkta 440 kg/s debiye sahip suyu ısı kaynağı olarak kullanmakta ve 22 MW net güç üretmektedir. Çevre sıcaklığı 25 C olduğuna göre, (a) gerçek ısıl verimi, (b) olabilecek en yüksek ısıl verimi ve (c) güç santralinden birim zamanda atılan ısı miktarını hesaplayın. Carnot Soğutma Makineleri ve Isı Pompaları 6-97 İş akışkanı olarak soğutucu akışkan -134a kullanılan bir ticari buzdolabı soğutulan ortamı -35 C de tutmak için kullanılmaktadır. Buzdolabı atık ısıyı, yoğuşturucuya 18 C de 0.25 kg/s debiyle giren ve yoğuşturucudan 26 C de çıkan soğutma suyuna vermektedir. Soğutucu akışkan yoğuşturucuya 1.2 MPa basınçta ve 50 C de sıcaklıkta girmekte, yoğuşturucudan aynı basınçta ve aşırı soğutulmuş olarak 5 C sıcaklıkta çıkmaktadır. Kompresör 3.3 kw güç harcadığına göre, (a) soğutucu akışkanın kütlesel debisini, (b) soğutma yükünü ve (c) COP değerini ve (d) aynı soğutma yükü için kompresörün tüketeceği en az gücü hesaplayın.

5 6-97 İş akışkanı olarak soğutucu akışkan -134a kullanılan bir iklimlendirme cihazı 34 C deki dış ortama ısı vererek odanın sıcaklığını 26 C de tutmak için kullanılmaktadır. Evin duvarından ve pencerelerinden olan ısı kazancı 250 kj/dk olup; bilgisayar, TV ve lambalardan odaya 900 W ısı yayılmaktadır. Soğutucu akışkan kompresöre 500 kpa basınçta doymuş buhar halinde 100 L/dk debi ile girmekte ve kompresöreden 1200 kpa basınçta 50 C de çıkmaktadır. (a) gerçek COP değerini, (b) en yüksek COP değerini ve (c) aynı kompresör giriş ve çıkış koşulları için soğutucu akışkanın sahip olabileceği en küçük hacimsel debiyi hesaplayın.

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27