SORULAR VE ÇÖZÜMLER Adı- Soyadı : Fakülte No :

Ebat: px

Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "SORULAR VE ÇÖZÜMLER 18.11.2014. Adı- Soyadı : Fakülte No :"

Ediz Gökdemir
7 yıl önce
İzleme sayısı:

1 Adı- Soyadı : Fakülte No : Gıda Mühendisliği Bölümü, 2014/2015 Öğretim Yılı, Güz Yarıyılı Termodinamik Dersi, Ara Sınavı Soru ve Çözümleri Soru (puan) 1 (20) 2 (20) 3 (20) 4 (20) 5 (20) 6 (20) Toplam Alınan Puan NOT: Toplam 5 soru çözünüz, sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR VE ÇÖZÜMLER 1. Kütlesi 7.5 kg ve kesit alanı 158 cm 2 olan bir pistona sıkıştırılmış bir yay ile 85 N değerinde bir kuvvet uygulanmaktadır (Şekil.S1). Atmosfer basıncı 100 kpa olarak bilindiğine göre, serbest cisim diyagramını çizerek silindir içindeki gazın basıncını kpa ve bar olarak hesaplayınız, (1 bar = 10 5 Pa, g = 9.81 m/s 2 ). Çözüm.1. Şekil.S1de serbest cisim diyagramı verilen sistemde kuvvet denkliği yazılarak çözüm yapılır. Buna göre, 85 N A = 158 cm 2 P =? P atm = 100 kpa m p = 7.5 kg Şekil.S1. F yay Şekil.S1. Serbest cisim diyagramı 1

2 2. Kapalı bir kanalda (Şekil.S2) akan havanın basıncı civalı bir manometre ile ölçülmektedir. Manometre kolları arasındaki yükseklik farkı (h) 15 mm ve atmosfer basıncı 100 kpa olarak verildiğine göre, kanalda akan havanın basıncını atmosfer basıncına göre karşılaştırınız ve kanaldaki havanın mutlak basıncını bar olarak hesaplayınız, ( Hg = g/cm 3 ). Hava P m =? h = 15 mm P atm Çözüm.2. Şekil.S2 de verilen sistemde basınç denkliği yazılarak çözüm yapılır. Hava akımının Şekil.S2. olduğu manometre kolundaki sıvı seviyesi daha aşağıda olduğundan hava akımının basıncı atmosfer basıncından daha yüksektir. Hava akımının mutlak basıncı (P m ) atmosfer basıncı ile kollardaki seviye farkından kaynaklanan basınç farkının toplamı kadar olur. Buna göre, 3. Su ve soğutucu akışkan 134a (R-134a) için aşağıdaki tabloda verilen boşlukları, doldurunuz. Durum T, o C P, kpa v g, m 3 /kg u fg, kj/kg h fg,kj/kg Tablo Su R-134a A A A A A A A A A A13 2

3 4. Başlangıçta hacmi 1 m 3 olan bir piston-silindir düzeneğinde bulunan doymuş sıvı su su buharı karışımı sisteminin basıncı 1400 kpa ve sistemde sıvı fazın hacmi 0.11 m 3 olarak belirlenmiştir. Daha sonra, sistem sabit basınçta 250 o C sıcaklığa ısıtılmaktadır. Buna göre, sistemin ilk sıcaklığını (T 1 ), toplam kütlesini (m t ), buhar kalitesini (x), sistemin son hacmini (V son ) ve doymuş sıvı ve doymuş buhar eğrilerini içeren hal değişimini P-v diyagramında gösteriniz. Çözüm.4. Başlangıçta ikili sistem denge halinde olduğundan doygun sıvı - buhar karışımı olarak değerlendirilir. Verilen basınç koşullarında sistemin doygunluk sıcaklığı Tablo.A-5 ten, 1400 kpa için okunur. P = 1400 kpa ==> T = T d@ 1400 kpa = o C, v f = m 3 /kg, v g = m 3 /kg. Toplam hacimden sıvı hacmi çıkarılarak buhar fazın hacmi belirlenir. Sistemin toplam kütlesi, herbir fazın kütlesi hesaplanarak belirlenebilir kpa basınçta doygunluk sıcaklığı ( o C) çalışma sıcaklığının (250 o C) altında olduğundan sistem kızgın buhar olarak değerlendirilmelidir. Buna göre, son durumda su kızgın buhar halindedir ve özgül hacmi bu koşullarda Tablo.A-6 dan bulunur. Son hacim; Şekil.S4 3

4 m 3 sabit hacimli bir tankta 20 o C sıcaklıkta 10 kg soğutucu akışkan-134a (R-134a) bulunmaktadır. Buna göre, tanktaki basıncı (P, kpa), toplam iç enerjiyi (U, kj) ve sıvı fazın kapladığı hacmi (V s, m 3 ) hesaplayınız. Çözüm.5. Öncelikle verilerden sistemin özgül hacmi hesaplanır. Soğutucu akışkan 134a için Tablo A-11 den sıvı ve buharın özgül hacimleri bulunur. T = -20 o C; v f = m 3 /kg, v g = m 3 /kg, u f = kj/kg, u fg = kj/kg Tank sisteminin özgül hacmi bu iki değer arasında olduğundan (v f < v < v g ) sistem, doygun sıvı-buhar karışımı şeklinde düşünülür ve bu koşullardaki basınç Tablo A-11 den bulunur. T = -20 o o C ===> P = P d@ -20 C = kpa, Sistemin iç enerjinin (U) ve sıvı hacmin (V s ) hesaplanması için buhar kalitesinin (x) belirlenmesi gerekir. Sistemin toplam iç enerjisi (U) toplam kütlenin iç enerjisi olacağından, Sıvı sisteminin hacminin hesaplanabilmesi için kütlesinin (m f ) hesaplanması gerekir. Sıvı fazın hacmi; 4

5 o C sıcaklıktaki su buharının özgül hacmi m 3 /kg olarak verilmiştir. Sistemin buhar basıncını (P); buhar tablolarını, ideal gaz denklemini ve genelleştirilmiş sıkıştırılabilme diyagramını kullanarak hesaplayınız. Buhar tablolarından bulunan değeri gerçek değer alarak diğer yöntemlerdeki % hatayı belirleyiniz. Çözüm.6. Önce Tablo.A-1 den ilgili sabitler bulunur. 400 o C sıcaklık suyun kritik sıcaklığının (374.1 o C = K) üzerinde olduğundan su buharı kızgın buhardır ve Tablo.A-6 kullanılarak buhar basıncı bulunur. Buna göre, T = 400 o o C; ==> P = P gerçek = 400 C = kpa = 12.5 MPa İdeal gaz denklemi kullanılarak buhar basıncı hesaplanması; Sıkıştırılabilirlik diyagramı kullanılarak buhar basıncı hesaplanması; Diyagramdan, Pr = 0.57 okunur. Yrd. Doç. Dr. Adil KOÇ 5

Benzer belgeler

Adı- Soyadı: 01.12.2015 Fakülte No :

Adı- Soyadı: 01.12.2015 Fakülte No : Gıda Mühendisliği Bölümü, 2015/2016 Öğretim Yılı, Güz Yarıyılı 00391-Termodinamik Dersi, Ara Sınavı Soru ve Çözümleri Soru (puan) 1 (20) 2 (20) 3 (20) 4 (20) 5 (20)