Termodinamik. Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Lütfullah Kuddusi. Bölüm 2 Problemler. Problem numaraları kitabın «5 th Edition» ile aynıdır.

Transkript

1 Termodinamik Öğretim Görevlisi Prof. Dr. Lütfullah Kuddusi Bölüm 2 Problemler Problem numaraları kitabın «5 th Edition» ile aynıdır. 1

2 kg kütlesi olan bir arabanın yatay yolda 0 dan 100 km/h hıza çıkarmak için gereken enerjiyi hesaplayın Yay sabiti 70 kn/m olan bir doğrusal yayı durgun halden 20 cm uzatmak için gereken işi hesaplayın. 2

3 2-31 Bir kayak teleferiğinin uzunluğu 1 km ve yükselme irtifası 200 m dir. 3 kişi oturabilen sandalyeler 20 cm aralıkla teleferikte monte edilmişler. Teleferik 10 km/h sabit hızla hareket etmektedir. Sürtünme ve hava direncini ihmal ederek ve her sandalyenin ortalama 250 kg yüklendiğini varsayarak teleferiğin gerekli gücü ne olmalıdır? Teleferiğin ilk hareketinde 5 s de durgun halden sabit hızına erişmesi için gereken güç ne olmalıdır? 3

4 Continued 4

5 kg kütlesi olan bir arabanın 10 s de 30 derece eğimi olan bir tepeye 100 m çıkarmak için gerekli gücü aşağıdaki durumlarda hesaplayın. Sürtünme, hava direnci ve yuvarlanma direncini ihmal edin. (a) sabit hızda, (b) durgun halden son hız olan 30 m/s ye, (c) 35 m/s den son hız olan 5 m/s ye. 5

6 kg kütlesi olan bir araba bir kamyonla çekilmektedir. Sürtünme, hava direnci ve yuvarlanma direncini ihmal ederek gereken ilave gücü aşağıdaki durumlarda hesaplayın. (a) yatay yolda sabit hızla, (b) eğimi 30 derece olan sabit 50 km/h ile tepeye tırmanma, (c) 12 s içinde yatay yolda durgun halden 90 km/h hıza çıkmak. 6

7 2-39 Soğutma kapasitesi 5 kw olan bir pencere tipi hava şartlandırma cihazıyla 40 kişilik bir sınıf soğutulacak. Bir insanın dinlenme halinde etrafına yaydığı ısı 360 kj/h dir. Sınıfta her biri 100 W gücünde 10 ampul var. Sınıfın, duvarlardan ve pencerelerden kazandığı ısı kj/h dir. Sınıf 21 sabit sıcaklıkta tutulmak istenirse, gereken hava şartlandırma cihaz sayı nedir? 7

8 2-41 Bir deponun aydınlatma ihyacı her birinde 60 W lık 4 lamba bulunan 5 florsan ile karşılanmaktadır. İşletme sabah 6 dan akşam 6 ya 365 gün çalışmakta olup florsanlar açık tutulur. Gerçekte, işletme her gün sadece 3 saat kullanılmaktadır. Elektik fiyatının 0.08 $ ΤkWh dir. Florsanlara sensor takılırsa, tasarruf edilecek enerjiyi ve parayı hesaplayın. Her bir sensorun alış fiyatı 32 $ ve montaj ücreti 40 $ olursa, geri ödeme süresi (amortisman) ne olur? 8

9 2-42 Bir üniversitenin 200 sınıfı ve 400 personel odası var. Sınıflarda her biri 110 W tüketen 12 florsan lamba var. Personel odalarında florsan lamba sayısı sınıftakilerin yarısı kadardır. Kampus bir yılda 240 gün açıktır. Işıkların açık olmasına rağmen, sınıflar ve personel odaları ortalama 4 saat kullanılmaktadır. Elektrik fiyatı $ ΤkWh dir. Sınıflar ve personel odaları kullanılmadığı zaman ışıklar söndürülürse, tasarruf edilecek para ne kadar olur? 9

10 2-43 Bir oda ilk halde 20 çevre sıcaklığındadır. Odada, 100 W gücünde bir ampul, 110 W gücünde TV, 200 W gücünde buzdolabı ve 1000 W gücünde ütü var. Duvarlardan ısı geçişinin olmadığını varsayarak, tüm elektrikli aletler açık tutulduğunda, odanın enerji artışı ne olur? 10

11 2-44 Bir fan 4 m 3 /s debisinde durgun havayı 10 m/s ye hızlandırmaktadır. Fana sağlanacak minimum güç nedir? ρ hava = 1.18 kg/m 3 11

12 2-47 Bir akışkanı akış halinde tutabilmek için akışta basınç farkı yaratmak gereklidir. Pompa, mekanik enerjiyi akış enerjisine dönüştürerek bunu gerçekleştirir. Bir pompa, çalıştırıldığında, 5.2 kw elektrik gücü tüketmektedir. Bir akışın giriş çıkış arasında basınç farkı 5 kpa ise, akışkanın hızını ve yükselmesini ihmal ederek, akışkanın mümkün olan maksimum hacimsel debisini hesaplayın. 12

13 2-50 Bir alış veriş merkezinde elektrikli merdiven her biri 75 kg olan 30 kişiyi 45 derece eğimli olarak 0.8 m/s hızla taşımaktadır. Elektrikli merdivene sağlanacak en az gücü hesaplayın. Elektrikli merdiven hızı iki katına çıkarılırsa, sağlanacak en az güç ne olur? 13

14 cm kalınlığı, 5 6 m ebadı, ısı iletim katsayısı 0.69 W/m C olan bir duvarın iç ve dış yüzeyleri sırasıyla 20 C ve 5 C sıcaklıkta tutulmaktadır. Duvardan birim saniyede geçen ısıyı W cinsinden hesaplayın. 14

15 cm kalınlığı, 2 2 m ebadı, ısı iletim katsayısı 0.78 W/m C olan bir pencere camının kış aylarında iç ve dış yüzeyleri sırasıyla 10 C ve 3 C sıcaklıktadır. 5 h zarfında camdan kaybolan ısıyı kj olarak hesaplayın. Cam 1 cm kalınlığında olursa, kaybolan ısı ne olur? 15

16 2-98 Bir alüminyum tencerenin ısı iletim katsayısı 237 W/m C dır, taban kalınlığı ve çapı sırasıyla 0.4 cm ve 20 cm dir. Tencerenin içinde bulunan suyu kanatmak amacıyla tencere tabanından suya her saniye 500 W ısı verilmektedir. Tencere tabanın iç yüzey sıcaklığı 105 C ise, dış yüzey sıcaklığı nedir? 16

17 2-99 Isı geçişini modellemek için insan vücudunu 30cm çapında, 170cm yüksekliğinde bir silindir olarak alınabilir. Bu silindirin üst ve alt yüzeyleri yalıtılmıştır, yan yüzeyler ise 34 C sıcaklıktadır. Çevre sıcaklığı 20 C ve ısı taşınım katsayısı 15W/m 2 C olursa, vücuttan kaybolan ısıyı hesaplayın. 17

18 cm çapında küresel bir topun yüzey sıcaklığı 70 C dır ve sıcaklığı 20 C olan bir odada asılıdır. Isı taşınım katsayısı 15W/m 2 C ve yüzeylerin yayma oranı (emisivitesi) 0.8 ise, toptan birim zamanda geçen ısıyı hesaplayın. 18

19 2-102 Ebadı 2m 4m ve sıcaklığı 30 C olan düz bir yüzey üzerinden 80 C sıcaklığında hava üflenmektedir. Isı taşınım katsayısı 55W/m 2 C olursa, havadan yüzeye geçen ısıyı kw cinsinden hesaplayın. 19

20 W lık bir ütü yüzeyi 20 C sıcaklığındaki havaya maruz bırakılmıştır. Ütü yüzeyi ile hava arasında ısı taşınım katsayısı 35W/m 2 C dır. Ütü yüzeyinin yayma katsayısı 0.6 ve alanı 0.02 m 2 ise, sıcaklığı nedir? 20

21 2-104 İnce metal bir levhanın arka yüzeyi yalıtılmış, ön yüzeyi ise güneş ışınımına maruzdur. Güneşten levhaya gelen ışınım 700 W/m 2 ve çevre sıcaklığı 25 C dır. Güneşten gelerek levhada yutulan enerji ile taşınımla levhadan çevreye geçen ısı eşitse, levha ön yüzeyi sıcaklığı nedir? Isı taşınım katsayısı 50W/m 2 C dır ve yüzeyden ışınımla kaybolan ısı ihmal edilecek. 21

22 cm dış çapı ve 10m uzunluğunda 80 C sıcaklığında bir sıcak su borusu50w/m 2 C, ısı taşınım katsayısıyla 5 C sıcaklığında çevreye ısı kaybetmektedir. Borunun doğal taşınımla kaybettiği ısıyı kw cinsinden hesaplayın. 22

23 2-107 Bir uzay aracının yüzey yayma katsayısı 0.8 ve yutma oranı 0.3 tür. Güneş ışınımı 1000 W/m 2 ile uzay aracının yüzeyine çarpmaktadır. Yüzeyin yaydığı ve yuttuğu ışınım eşitse, yüzey sıcaklığı nedir? 23

24 cm kalınlığı ve 20cm çapında küresel bir termosun içi 0 C sıcaklığında buzlu su ile doldurulmuştur. Termosun dış yüzeyi 5 C sıcaklığındadır. Termosun ısı kazancını hesaplayın. Eriyen buz miktarı ne kadardır? 24

25 m 2m ebadında çift cam pencerenin iç ve dış yüzeyleri sırasıyla 18 C ve 6 C sıcaklığındadır. İki cam arasında 1cm kalınlığında durgun hava var. Pencereden geçen ısıyı kw cinsinden hesaplayın. 25

26 cm kalınlığındaki bir levhanın iki yüzeyi 0 C ve 100 C sıcaklığındadır. Levhadan geçen ısı 500W/m 2 ise, ısı iletim katsayısı nedir? 26

27 Bölüm 2 Problemler SON 27