HACETTEPE ÜNİVERSİTESİ GIDA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GMU 319 MÜHENDİSLİK TERMODİNAMİĞİ Çalışma Soruları #4 ün Çözümleri Veriliş Tarihi: 18/11/2018 1) Durdurucular bulunan bir piston silindir düzeneğinde başlanğıçta 1.0 MPa basınç ve 400 o C sıcaklıkta 0.3 kg buhar vardır. Durdurucuların yeri başlanğıç hacminin %60 ına tekabül gelmektedir. Daha sonra buhar soğutulmaktadır. Eğer son hal (a) 1.0 MPa ve 100 o C, (b) 500 kpa ise sıkıştırma işini hesaplayınız. (c) Son haldeki sıcaklığı (b) şıkkı için hesaplayınız. 2) Sürtünmesiz bir piston-silindir düzeneğinde, başlangıçta doymuş sıvı halinde 200 L soğutucu akışkan-134a bulunmaktadır. Piston hareket edebilmektedir ve kütlesi soğutucu akışkan üzerinde 900 kpa basınç olmasını sağlayacak büyüklüktedir. Soğutucu akışkan daha sonra 70 o C sıcaklığa ısıtılmaktadır. Hal değişimi sırasında yapılan işi hesaplayınız. 1
3) Sürtünmesiz bir piston-silindir düzeneğinde başlangıçta 100 kpa basınç ve 300 K sıcaklıkta 2 kg azot bulunmaktdır. Azot daha sonra PV 1.4 = sabit olacak biçimde sıcaklığı 360 K olana kadar sıkıştırılmaktadır. Hal değişimi sırasında yapılan işi hesaplayınız. 4) Bir piston-silindir düzeneğinde başlanğıçta 2 MPa basınç ve 350 o C de 0.15 kg hava bulunmaktadır. Hava ilk olarak sabit sıcaklıkta 500 kpa basınca genişlemekte, daha sonra politropik olarak (n = 1.2) ilk basıncına sıkıştırılmakta ve en son olarak sabit basınçta ilk haline dönmektedir. Her bir işlem için sınır işini ve çevrim sonunda yapılan net işi hesaplayınız. 2
5) İyi bir şekilde yalıtılmış bir tankta 100 kpa basınçta ve 5 kg doymuş sıvı-buhar su karışımı bulunmaktadır. Başlanğıçta toplam kütlenin %75 i sıvı fazdadır. Tank içinde yerleştirilen 110 V luk bir hata bağlanmış elektrik direnci açıldığında üzerinden 8 A akım geçmektedir. Tanktaki tüm sıvının buhar fazına geçmesi için gerekli süreyi hesaplayınız. Ayrıca işlemi doyma eğrilerini de içeren T-v diyagramında gösteriniz. 3
6) Yalıtılmış bir piston-silindir düzeneğinde başlanğıçta 175 kpa sabit basınçta 5 L doymuş sıvı su bulunmaktadır. Silindir içinde bir elektrikli ısıtıcıyla bir karıştırıcı bulunmaktadır. Daha sonra su 45 dakika süreyle bir taraftan ısıtılmakta diğer taraftan içinde 8 A akım geçen ısıtıcı ile ısıtılmaktadır. Sabit basınçta gerçekleşen bu hal değişimi sırasında sıvının yarısı buharlaşmakta ve karıştırıcı tarafından 400 kj iş yapılmaktadır. Elektrik kaynağının potansiyelini P-v diyagramında gösteriniz. 4
7) Bir piston-silindir düzeneğinde başlangıçta 250 kpa basınçta 0.8 m 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-v diyagramında çiziniz. Ayrıca, (a) son haldeki sıcaklığı, (b) hal değişimi sırasında yapılan işi, (c) toplam ısı geçişini hesaplanız. 5
8) Hidrojenin 200 K den 800 K ye ısıtılması sırasındaki entalpi değişimini kj/kg olarak, (a) Özgül ısının sıcaklığın fonksiyonu olarak verildiği tablolardan, (b) Ortalama sıcaklık için verilen cv değerini kullanarak, (c) Oda sıcaklığındaki cv değerini kullanarak hesaplayınız. 6
9) 4 m x 5 m x 6 m boyutlarındaki bir oda elektrikli ısıtıcı ile ısıtılmaktadır. Isıtıcının oda sıcaklığını 7 o C den 23 o C ye 15 dakikada yükseltmesi istenmektedir. Atmosfer basıncının 100 kpa olduğunu ve odadan ısı kaybı olmadığını kabul ederek, ısıtıcının gücünü hesaplayınız. Oda sıcaklığında sabit özgül ısı değerini alınız. 7
10) Bir piston-silindir düzeneğinde başlangıçta 250kPa basınçta ve 35 o C sıcaklıkta 4 kg argon bulunmaktadır. Daha sonra argon sanki-dengeli ve sabit sıcaklıkta bir hal değişimiyle genişlemekte bu hal değişimi sırasında 15 kj sınır işi yaparken üzerinde bir karıştırıcı ile 3 kj yapılmaktadır. Hal değişimi sırasında olan ısı geçişini hesaplayınız. 8