Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II. Vize Sınav soruları 9.5.6 Öğrencinin, Adı Soyadı - a- Gerçek buhar çevrimlerinin, ideal buhar çevrimleriyle olan farkları nelerdir? b- Basit ideal bir Rankin çevriminin tesisat ve T-s diyagramını çizerek, çevrimi oluşturan hal değişimlerini belirtiniz. c- Carnot çevrimi, buharlı güç çevrimi için neden uygun bir model değildir? - Bir Rankin çevriminde buhar türbine MPa basınç o C de girmekte olup, yoğuşturucu basıncının kpa olması durumunda çevrimin termal verimini hesaplayınız. - Su buharı adyabatik bir türbine 6 MPa basınç, 6 o C sıcaklık ve 8 m/s hızla girmekte, 5 kpa basınç, o C sıcaklık ve m/s hızla çıkmaktadır. Akış sürekli olup, türbinin gücü 5MW dır. Türbin için, a- Birim zamanda tersinir işi, b- İkinci yasa verimini, çevre şartlarının 5 o C olduğu durumda hesaplayınız. - Hava standardı kabulüne dayalı bir Otto çevriminin sıkıştırma oranı 8 dir. Sıkıştırma strokunun başlangıcındaki basınç. MPa ve sıcaklık 5 C dir. Her bir çevrim boyunca transfer edilen ısı 8 kj/ hava dır. a- Çevrimin her bir işlemi sonundaki basınç ve sıcaklığı, b- Isıl verimi, c- Ortalama efektif basıncı hesaplayınız. Not: Termodinamik tablolar açıktır Tam sonuçlar değerlendirmede dikkate alınacaktır. Başarılar Doç.Dr. Ali PINARBAŞI.. V V W = m h h T s s + + g z z ( ) ( ) ( ) tr k (k ) k k T v T P P v w net = = = OEB = T v T P P v v v
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II. Vize Sınav soruları 9.5.6 Öğrencinin, Adı Soyadı ÇÖZÜMLER - a- Gerçek buhar çevrimlerinin, ideal buhar çevrimleriyle olan farkları nelerdir? b- Basit ideal bir Rankin çevriminin tesisat ve T-s diyagramını çizerek, çevrimi oluşturan hal değişimlerini belirtiniz. c- Carnot çevrimi, buharlı güç çevrimi için neden uygun bir model değildir? a) Gerçek buhar çevrimlerinde, pompa, kazan, türbin ve yoğuşturucu gibi elemanlarda ve bağlantı borularında basınç kaybı ve dış ortama ısı kaybı gerçekleşir. b) - Pompada izantropik sıkıştırma, - Kazanda sabit basınçta aracı akışkana ısı geçişi, - Türbinde izantropik genişleme, - Yoğuşturucuda sabit basınçta aracı akışkandan dış ortama ısı geçişi, c) -Sabit sıcaklıkta ısı geçişinin uygulamada gerçekleştirilebilmesi çok zordur. Sabit sıcaklıkta ısı geçişi iki fazlı bölgede gerçekleştirilebilir, ancak bu durumda maksimum sıcaklık sınırlandırılmış olur. Dolayısı ile verim çok düşük olur. -Türbin çıkışında buharın kuruluk derecesinin düşük olmasından dolayı türbin kanatları zarar görür. -İki fazlı akışkanın sıkıştırılması mümkün değildir.
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II. Vize Sınav soruları 9.5.6 Öğrencinin, Adı Soyadı - Bir Rankin çevriminde buhar türbine MPa basınç o C de girmekte olup, yoğuşturucu basıncının kpa olması durumunda çevrimin termal verimini hesaplayınız. P = kpa h = 9,8kj/ w = v (P P ) p Doymuş sıvı v =, m / w =, ( ) =, kj/ P h = h + w h = 9,8 +, = 95,86kj/ p P = MPa h =, 6kj/ T = C s = 6, 769kj/ K P kpa x f = = = sfg f fg s s 6, 769, 69 =,86 7, 59 s = 6, 768kj/ K h = h + x h = 9,8 +,86 9,8 =, 5kj/ wnet = qg qç qg = h h =, 6 95,86 = 7, 7kj/ qç = h h =, 5 9,8 = 95, 5kj/ w net = 7, 7 95, 5 = 65.kj/ w 65,,5 7,7 = net η th = = qg - Su buharı adyabatik bir türbine 6 MPa basınç, 6 o C sıcaklık ve 8 m/s hızla girmekte, 5 kpa basınç, o C sıcaklık ve m/s hızla çıkmaktadır. Akış sürekli olup, türbinin gücü 5MW dır. Türbin için, a- Birim zamanda tersinir işi, b- İkinci yasa verimini, çevre şartlarının 5 o C olduğu durumda hesaplayınız.
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II. Vize Sınav soruları 9.5.6 Öğrencinin, Adı Soyadı P = 6MPa h = 658, kj/ P = 5kPa h = 68, 5kj/ T = 6 C s = 7,677kj/ K T = C s = 7, 697kj/ K Açık sistemiçin.yasa. V V W = m(h h + ). 8 5 = m(68, 5 658, + ). m = 5,58 / s. V V Wtr = m[(h h ) T (s s) + ] 8 Wtr = 5,58[(658, 68, 5) 98(7,677 7, 697) + ] W = 589, 69kW tr Wy 5 η II = = =,86 W 589, 69 tr - Hava standardı kabulüne dayalı bir Otto çevriminin sıkıştırma oranı 8 dir. Sıkıştırma strokunun başlangıcındaki basınç. MPa ve sıcaklık 5 C dir. Her bir çevrim boyunca transfer edilen ısı 8 kj/ hava dır. a- Çevrimin her bir işlemi sonundaki basınç ve sıcaklığı, b- Isıl verimi, c- Ortalama efektif basıncı hesaplayınız. (Oda sıcaklığında sabit özgül ısı yaklaşımını kullanınız) T T P P k v = = = v k. T 88(8) 66, 65K v = = = v. P,(8),87MPa - Hal değişimi sabit hacimde 8kj/ ısı girişi; q = c (T T ) v 8 =, 78(T 66, 65) T = 68.6K = T max P T PT,87 68, 6 = P = = = 8, 797MPa = P P T T 66,65 max
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II. Vize Sınav soruları 9.5.6 Öğrencinin, Adı Soyadı k T v 68, 6 = T = = 79, K T v, 97 k P v 8, 797 = P = =, 78MPa. P v 8 q = c (T T) ç v q =, 78(79, 88) = 78, 8kj/ q ç g = 8kj/ w = q q = 8 78, 8 = 6, 5kj/ net g ç w 6, 5 net η th = = = qg 8, 567 Ortalama efektif basınç; = w net OEB v v, 87 88 v = =,8656m / v,8656 v = = = r 8 w 6, 5 OEB v v,8656,,m / net = = = 5.5kPa
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınav soruları 7.6.6 Öğrencinin, Adı Soyadı. Sürtünmesiz bir piston silindir düzeneğinde başlangıçta kpa basınçta doymuş sıvı halinde su bulunmaktadır. Daha sonra suya 5 C sıcaklıktaki bir kaynaktan 5kJ ısı geçişi olmakta ve suyun bir bölümü sabit basınçta buharlaşmaktadır. Bu hal değişiminin gerçekleştirilebilir olup olmadığını entropinin artışı ilkesini göz önüne alarak gösteriniz. Suyun entropideğişimi; = = P kpa Tdoyma. C Doymuş sıvı Q 5 ssis = = =.kj / K T 9. Q 5 skay = = =.58kJ / K T 77 kay s = s + s top sis kay s =..58 =.568kJ / K > gerçekleştirilebilir. top. Basit bir ideal Rankine çevrimine göre çalışan bir buharlı güç santralinde, su buharı türbine 7MPa basınç ve 5 C sıcaklıkta girmekte, türbinde kpa yoğuşturucu basıncına genişlemektedir. Kazanda aracı akışkana 77kj/s ısı verildiğine göre; a. Çevrimin T-s diyagramını, b. Tüm noktalara ait entalpi değerlerini, c. Yoğuşturucuda dış ortama atılan ısıyı (kj/s) olarak, d. Isıl verimi bulunuz. h = 9,8kj/ W = v (P P ) =, (7 ) = 7, 6kj/ p v =, m / h = h + W = 9,8 + 7, 6 = 98,89kj/ p P = 7MPa h =, 5kj/ T = 5 C s = 6, 7975kj/ K s s 6, 7975, 69 = = = = f P kpa x,8 sfg 7, 59 s = s = 6, 7975kj/ K h = hf + x hfg = 9,8 +,8 9,8 = 5, 9kj/ q = h h =, 5 98,89 =, 6kj/ g... Q = m q 77 = m,6 m =,97 / s g
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınav soruları 7.6.6 Öğrencinin, Adı Soyadı Yoğuşturucuda dış ortama atılan ısı;.. ç ç Q = m q = m(h h ) =, 97(5, 9 9,8) = 7, 5kj/ s Qç 7, 5 η th = = =, 89 Q 77 g - Basit bir Rankine çevriminde türbin çıkışındaki basınç 75kPa ve kuruluk derecesi.886 dır. Yoğuşturucudan, 9K sıcaklıktaki çevre ortama ısı atılarak, suyun 75kPa da doymuş sıvı olması sağlanmaktadır. Yoğuşturucudaki hal değişimi için tersinmezliği hesaplayın. Türbin çıkışı (Yoğuşturucu girişinde)hali h = h + xh = 8.9.886 78.6 =.kj/ f fg s = s + x s =. +.886 6. = 6.76kj/ K f fg Yoğuşturucu çıkışı hali h s = 8.9kj/ =.kj/ K q = h h = 8.9. = 8.8kj/ çık I= T ( s + s ) sis çevre qçevre I= T (s s + ) T 8.8 I = 9(. 6.76 + ) 9 I=.6kj/K
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınav Soruları Öğrencinin, Adı Soyadı -Standart bir Rankine çevriminde buhar, Bar ve o C de türbine girmektedir. Kondenser basıncı. Bar olup, kondenseri doymuş sıvı olarak terk etmektedir. Türbin ve pompayı tersinir adyabatik kabul ederek; a- Tüm noktaların basınç, sıcaklık ve entalpi değerlerini, b- Çevrimin net ısısı ile net işini, c- Isıl verim ve Carnot verimini hesaplayınız. ( puan) - Açık besleme suyu ısıtıcısının ideal bir çevrimde, ısıl verim üzerine olan etkisini incelemek amacıyla, türbine MPa, 6 o C de girmekte olup yoğuşturucu basıncı kpa dır. Isıl verimi; a- Besleme suyu ısıtıcısı kullanılmadan, b- MPa işlem basıncında adet açık besleme suyu ısıtıcısı kullanılması durumunda hesaplayınız. ( puan) -Aşağıdaki temel kavramları kısaca açıklayınız. a - Pistonlu motorlarda sıkıştırma oranı b - İki zamanlı ve dört zamanlı motorların verim açısından karşılaştırılması c - İdeal otto çevriminin hal değişimleri d - Motorlarda vuruntu e - Buharlı güç çevrimlerinde rejenerasyon işlemi f - Kullanılabilirlik ve Tersinmezlik ( puan) - Su buharı adyabatik bir türbine 6 MPa basınç, 6 o C sıcaklık ve 8 m/s hızla girmekte, 5 kpa basınç, o C sıcaklık ve m/s hızla çıkmaktadır. Akış sürekli olup, türbinin gücü 5MW dır. Türbin için, a- Birim zamanda tersinir işi, b- İkinci yasa verimini, çevre şartlarının 5 o C olduğu durumda hesaplayınız. ( puan) ter [( ) ( )] W = m h h ke pe+ T s s Not: Sınav süresi dakikadır. Başarılar Sadece tam sonuçlar değerlendirmeye alınacaktır. Doç.Dr. Ali PINARBAŞI 8.6.
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınav Soruları Öğrencinin, Adı Soyadı - a) Nokta P T x h s özellik. - 7.6 7.7. 6.6.8896 9. 7.7 s =s. 6.6. 5..8. 6.6-5..8 s =s b- h = h + v ( P P) = 5. +.7( ) = 5. kj/ q = h h = 97.9 kj / q = h h = 99. kj / q = 896. kj / w = h h = 898. kj/ w = h h =. kj/ w = 896. kj/ net net wnet 896. Tc 7.5 + 6.6 c- η = = =.99 ηc = = =.55 qg 99. Th 7.5 + - a- Besleme suyu ısıtıcısı kullanılmadan; w = vdp =.( ) =. kj / p h = h + wp = 9.8 +. =. kj/ s = s = 6.58 =.69 + x7.59 x =.786 h = 9.8 +.786 x 9.8= 59.7 kj / Türbinişi wt = h h = 57.6 59.7 = 77.7 kj / Net iş wn = wt wp = 77.9. = 57.7 kj/ Giren ısı qg = h h = 57.6 = 5.6 kj/ wn 57.7 Isıl verim ηth = = =.8 q 5.6 G b- işlem basıncında adet açık besleme suyu ısıtıcısı kullanılması durumunda; w = vdp =.( ) =. kj / p h = h + w = 9.8 +.= 9.8 kj/ w = vdp=.7( ) =. kj / p p h = h + wp = 76.8 +.= 78. kj/ s6 = s5 = 6.58 =.87 + x6.78 x6 =.986 h6 = 76.8 +.986 x 5.= 7. kj / m = m6 + m = I. yasadan m6h6 + mh = mh 76.8 9.8 m6 = =.7 m = 776 h7 = 59.7 kj/ 7. 9.8 Türbinişi wt = ( h5 h6) + m( h6 h7) wt = (57.6 7.) +.776(7. 59.7) = 5.5 kj / Pompa işleri; wp = mw p + mwp =.776x + x. =. kj / Net iş wn = wt wp = 5.5.=. kj/ Giren ısı qg = h5 h = 57.6 78.= 75. kj/ wn. Isıl verim ηth = = =.7 q 75. G
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Final Sınav Soruları Öğrencinin, Adı Soyadı - Aşağıdaki temel kavramları kısaca açıklayınız. a - Pistonlu motorlarda sıkıştırma oranı Silindir içindeki en büyük hacmin (V max ) en küçük hacme (V min ) oranıdır. b - İki zamanlı ve dört zamanlı motorların verim açısından karşılaştırılması İki zamanlı motorların verimi, yanma sonu gazlarının tam olarak dışarı atılamaması ve taze yakıt-hava karışımının bir bölümünün yanma sonu gazlarına karışması sebebiyle, dört zamanlı motorların verimlerinden düşüktür. c - İdeal otto çevriminin hal değişimleri - İzantropik sıkıştırma - Çevrime sabit hacimde (v=sabit) ısı geçişi - İzantropik genişleme - Çevrimden sabit hacimde (v=sabit) ısı geçişi d - Motorlarda vuruntu Yakıtın erken ve kendiliğinden tutuşması ile duyulabilen gürültüdür. e - Buharlı güç çevrimlerinde rejenerasyon işlemi Türbinde genişleme esnasında bir kısım buharın kazan besleme suyunu ısıtmak amacıyla kullanılması işlemi olarak ifade edilir. (Ara buhar alma işlemidir) f- Kullanılabilirlik ve Tersinmezlik Bir sistemden elde edilebilecek en çok iş, sistemin belirli bir başlangıç halinden, tersinir hal değişimiyle çevrenin bulunduğu hale getirilmesiyle elde edilir, bu ise kullanılabilirlik olarak adlandırılır. Tersinmezlik ise iş yapma olanağındaki azalmadır. - = P 6 MPa h = 658. kj /, s = 7.677 kj / K T 6C = P = 5kPa h = 68.5 kj /, s = 7.697 kj / K T C = Q W = m( h + ke + pe) W = m( h h + ke) V V 8 ke = = = 6.6 kj / 5 = m(68.5 658. + 6.6) m= 5.6 Ter sin ir iş; W = m( h h ke pe+ T ( s s )) W W ter ter ter = 5.58(658. 68.5 6.6 + 98(7.697 7.677)) = 5.8MW W 5 İkinci yasa verimi; ηii = = = %86. W 5.8 ter
. 95 kpa basınç, 5 C sıcaklıktaki.6 m hava bir silindirde 9 kpa basınca kadar tersinir ve izoterm olarak sıkıştırılmaktadır. Havanın ısı ve iş alışverişini ve entropi değişimini hesaplayınız.. kpa basınç, 5 C sıcaklıktaki su buharı sürekli akışlı bir sisteme düşük hızla girmekte, kpa basınç, 5 C sıcaklıkta 6 m/s hızla çıkmaktadır. Buhar debisi 95 /h dir ve sistem 5 C sıcaklıktaki atmosferle ısı alışverişi yapmaktadır. Maksimum gücü bulunuz.. Rankine çevriminde su buharı türbine kpa basınç C sıcaklıkta girmektedir. Yoğuşturucu basıncı 5 kpa, soğutma suyu C dir. Çevrimin ısıl verimini hesaplayınız.. Sürtünmesiz piston silindir düzeneğinde başlangıçta C sıcaklığında doymuş sıvı-buhar karışımı su bulunmaktadır. Daha sonra 5 C sıcaklıktaki çevre havaya, sabit basınçta hal değişimiyle 6 kj ısı geçişi olmaktadır. Hal değişimi sırasında silindir içinde bulunan buharın bir bölümü yoğuşmaktadır. a - Suyun entropi değişimini, b Hal değişimi sırasında çevre havanın entropi değişimini, c Bu hal değişiminin tersinir, tersinmez veya gerçekleştirilebilir olup olmadığını belirleyiniz.
) W tr = PdV Hava, ideal gaz mrt dv V V tr = dv = mrt = mrt ln P V ln V V V V V = PV 95.6 = 9 V V.5m W = P =.5 W tr = 95.6 ln = 7.6kJ.6. YASA; Q W = U Sıcaklık sabit olduğundan U = Q W = Q = W Q = 7.6kJ Sabit sıcaklıkta ısı geçişi için entropi değişimi; Q 7.6 S = = =.576kJ / K T 98 ) P T = kpa = 9.6kJ / s 6.97kJK = 5 C h = P T V = kpa = 5 C = 6m / s h = 776.kJ / s = 7.6kJ / K Maksimum güç;. W. W. W max max max. = W tr. = m h = 98.kW h T (s s V ) 95 6 = 9.6 776. 88(6.97 7.6) 6
) Doymuş sıvı P = 5kPa v h =.5m = 7.8kj/ / w p h = v = h (P P ) =.5 ( 5) = + w p = 7.8 +. =.8.kJ / P T = kpa = C h s = =.9kJ / 6.9kj/ K P s = 5kPa = s = 6.9kj/ K x h s sf = s = h f fg + x 6.9.76 = =.8 7.987 h fg = 7.8 +.8.7 =.7kJ / Türbin işi; t = h h =.9.7 =.8kJ / W Net iş; Wnet = Wt Wp =.8. = 7.7kJ / Giren ısı; = h h q g =.9.8 = Isıl verim; Wnet 7.7 η th = = =.6 = %6. q 9.7 g 9.7kJ / ) Doymuş sıvı - buhar karışımı, Basınç sabit, o halde sıcaklık ta sabit T= C Sabit sıcaklıkta ısı geçişi için entropi değişimi; a) Sistem için; Qsistem 6 Ssis = = =.6kJ / K T 7 sistem b) Çevre için; Q S = T 6 = 98 çevre çevre = çevre.kj / c) Stoplam = Ssistem + Sçevre =.6 +. =. > Toplam entropinin artışı ilkesine uygunluğundan, gerçekleştirilebilir hal değişimi
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav Soru ve Cevapları.. 7kPa basınç, 5 C sıcaklık ve, m hacmindeki gaz piston silindir düzeneğinde tersinir ve izotermal olarak,8 m hacmine genişlemektedir. Gazın entropi değişimini bulunuz. w = Pdv tr PV = mrt = C C P = V dv V V.8 w tr = C = Cln = P V ln = 7. ln = 7.56kj V V V. Q W = U = Q = 7.56kj Q 7.56 S = = =.5kj/ K T sis. Buharlı bir güç santralinin pompasında 75kPa basınçtaki doymuş sıvı MPa basınca sıkıştırılmaktadır. Pompanın adyabatik verimi %85 olduğuna göre pompa tarafından harcanan işi bulunuz. w ptr = w ad = v (P P ) =.7 ( 75) =.kj / w..56kj/ ad η ad = wger = = wger.85. kpa ve K çevre koşullarında hava adyabatik verimi %85 olan bir kompresörde 8kPa basınca sıkıştırılmaktadır. Hal değişimi için tersinmezliği ve ikinci yasa verimini özgül ısıların sıcaklıkla değiştiği varsayımı ile bulunuz. T = K h =.9kj/ P =.86, s =.7kj/ K r P Pr 8.86 = Pr = =.88 P P r P =.88 h = 5.5kj/ r w = h h.9 5.5 =.6kj/ ad w.6 ad η ad = wg = = wg.85 w = h h g g 87.kj/ 87. =.9 hg hg = 587.k / h = 587.kj/ s =.758kj/ K g P w = (h h ) T (s s ) ve s s = s s Rln P tr w tr =.9 587. (.7.758.87 ln ) 8 w = 6.kj/ tr I = w w = 6. ( 87.) =.9kj/ tr y w 67. wg 87. tr η II = = = =.9 %9 Not: Sınav süresi 9 dakikadır. Başarılar Sadece tam sonuçlar değerlendirmeye alınacaktır. Doç.Dr. Ali PINARBAŞI..6
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav Soru ve Cevapları T(K). Yandaki şekilde bir çevrime ait T-s diyagramı görülmektedir. (s -s )=.95kj/K olduğuna göre çevrimin net işini ve verimini bulunuz. 9 8 s(kj/k) (6 + ) w net = Alan =.95 = 855kj/ qg = Alan( eğrisi altında) ( + 9) qg =.95 = 77.5kj/ w 855.66 6.6% net η= = = = qg 77.5 5. İdeal bir dizel çevriminin sıkıştırma oranı 8 olup, sıkıştırma öncesi aracı akışkanın sıcaklığı 5 C dir. Aracı akışkana 8kj/ ısı verildikten sonra çevrimin sıcaklığı 7K olmaktadır. Çevrimin ısıl verimini soğuk hava standardı kabulü kullanarak bulunuz. k T v. = T = 88 ( 8) = 95.6K T v v T 7 = = =.96 v T 95.6 k.. T v.96v.96 = T = 7 = 7 = 6.6K T v v 8 q = c T T =.78 6.6 88 = 78.kj/ ( ) ( ) l v w = 8 78. = 6.78j/ net 6.78 η th = =.589 = 58.9% 8 Not: Sınav süresi 9 dakikadır. Başarılar Sadece tam sonuçlar değerlendirmeye alınacaktır. Doç.Dr. Ali PINARBAŞI..6
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav Soruları Öğrencinin, Adı 5 Soyadı -Hava standardı kabulüne dayalı bir Otto çevriminin sıkıştırma oranı 8 dir. Sıkıştırma strokunun başlangıcındaki basınç. MPa ve sıcaklık 5 C dir. Her bir çevrim boyunca transfer edilen ısı 8 kj/ hava dır. a- Çevrimin her bir işlemi sonundaki basınç ve sıcaklığı, b- Isıl verimi, c- Ortalama efektif basıncı hesaplayınız. (5 puan) - Açık besleme suyu ısıtıcısının ideal bir çevrimde, ısıl verim üzerine olan etkisini incelemek amacıyla, türbine MPa, 6 o C de girmekte olup yoğuşturucu basıncı kpa dır. Isıl verimi; a- Besleme suyu ısıtıcısı kullanılmadan, b- MPa işlem basıncında adet açık besleme suyu ısıtıcısı kullanılması durumunda hesaplayınız. ( puan) -Kullanılabilirlik ve Tersinmezlik ifadelerini açıklayınız. ( puan) -Entropi değişiminin nedenlerini izah ediniz. ( puan) 5- Su buharı adyabatik bir türbine 6 MPa basınç, 6 o C sıcaklık ve 8 m/s hızla girmekte, 5 kpa basınç, o C sıcaklık ve m/s hızla çıkmaktadır. Akış sürekli olup, türbinin gücü 5MW dır. Türbin için, a- Birim zamanda tersinir işi, b- İkinci yasa verimini, çevre şartlarının 5 o C olduğu durumda hesaplayınız. (5 puan) k T V P V = ; = T V P V k η th = k r v w net OEB = v v ter [ ] W = m T s h ke pe Not: Sınav süresi dakikadır. Başarılar Sadece tam sonuçlar değerlendirmeye alınacaktır. Doç.Dr. Ali PINARBAŞI 8.5.
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav Soruları Öğrencinin, Adı 5 Soyadı -.87x88..87 / v = = m k T V. = = 8 =. T = 66 K T V k P V. = = 8 = 8.8 P =.88 MPa P V.87 v = =. m / 8 8 q = Cv ( T T) = 8 kj / T T = = 5 T = 7 K.765 T P 7 = = =.795 P = 8.8MPa T P 66 k T V. = = 8 =. T = 8 K T V k P V. = = 8 = 8.8 P =.795 MPa P V Isıl verim ηth = = =.565 k. rv 8 Atılanısı miktarı q = Cv ( T T ) =.765(88. 8) = 78. kj / wnet = 8 78. = 7.7 kj / wnet 7.7 OEB = = = 6 kpa v v.87. - a- Besleme suyu ısıtıcısı kullanılmadan; w = vdp=.( ) =. kj / p h = h+ wp = 9.8 +.=. kj/ s = s = 6.58 =.69+ x7.59 x =.786 h = 9.8+.786 x9.8= 59.7 kj/ Türbinişi wt = h h = 57.6 59.7 = 77.7 kj / Net iş wn = wt wp = 77.9.= 57.7 kj/ Girenısı qg = h h = 57.6 = 5.6 kj/ wn 57.7 Isılverim ηth = = =.8 q 5.6 G
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav Soruları Öğrencinin, Adı 5 Soyadı b- işlem basıncında adet açık besleme suyu ısıtıcısı kullanılması durumunda; p p p p w = vdp=.( ) =. kj / h = h + w = 9.8 +.= 9.8 kj/ w = vdp =.7( ) =. kj / h = h + w = 76.8 +.= 78. kj/ s = s = 6.58 =.87 + x.78 x =.986 6 5 6 6 h = 76.8 +.986 x 5.= 7. kj / 6 m = m + m = I. yasadan m h + m h = m h 6 5 6 6 7 P p p 6 6 76.8 9.8 m6 = =.7 m = 776 h7 = 59.7 kj/ 7. 9.8 Türbinişi w = ( h h ) + m ( h h ) w T T = (57.6 7.) +.776(7. 59.7) = 5.5 kj/ Pompa işleri; w = m w + m w =.776x + x. =. kj / Net iş w = w w = 5.5.=. kj/ N T p Giren ısı q = h h = 57.6 78.= 75. kj/ Isılverim G G 5 wn. ηth = = =.7 q 75. -Kullanılabilirlik ve Tersinmezlik ifadelerini açıklayınız. Kullanılabilirlik: Bir sistemden elde edilebilecek en çok iş, sistemin belirli bir başlangıç halinden, tersinir hal değişimiyle çevrenin bulunduğu hale getirilmesiyle elde edilir, bu ise kullanılabilirlik olarak adlandırılır. Tersinmezlik: İş yapma olanağındaki azalmadır. -Entropinin artış ilkesini kısaca izah ediniz. Bir hal değişimi sırasında sistemin entropisi her zaman artar, tersinir olması durumunda sabit kalır. Fakat hiçbir zaman azalmaz. Isı geçişi olmadığı hallerde ise entropi değişimi tersinmezliklerden kaynaklanarak artış gösterir.
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav Soruları Öğrencinin, Adı 5 Soyadı 5-6 P = MPa h = 658. kj /, s = 7.677 kj / K T 6C = 5 P = kpa h = 68.5 kj /, s = 7.697 kj / K T C = Q W = m( h+ ke+ pe) W = m( h h + ke) V V 8 ke = = = 6.6 kj / 5 = m(68.5 658. + 6.6) m= 5.6 Ter sin ir iş; W = m( h h ke pe + T ( s s )) W W ter ter ter = 5.58(658. 68.5 6.6 + 98(7.697 7.677)) = 5.8MW W 5 İkinci yasa verimi; ηii = = = %86. W 5.8 ter
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav Soruları Öğrencinin, Adı 5 Soyadı 6 -Termodinamiğin İkinci yasasının ifadelerinden Kelvin-Planck ve Clausius ifadesini açıklayınız. ( puan) Kelvin-Plack: Termodinamik bir çevrim gerçekleştirerek çalışan hiçbir sistem, sadece bir ısıl enerji deposuyla ısı alışverişinde bulunarak net iş yapamaz. Clausius: dq/t nin termodinamik bir çevrim üzerinde integrali sıfıra eşit veya sıfırdan küçüktür. Bu eşitsizlik tersinir ve tersinmez tüm çevrimler için geçerlidir. -Entropinin artış ilkesini kısaca izah ediniz. ( puan) Bir hal değişimi sırasında sistemin entropisi her zaman artar, tersinir olması durumunda sabit kalır. Fakat hiçbir zaman azalmaz. Isı geçişi olmadığı hallerde ise entropi değişimi tersinmezliklerden kaynaklanarak artış gösterir. -Kullanılabilirlik ve Tersinmezlik ifadelerini açıklayınız. ( puan) Kullanılabilirlik: Bir sistemden elde edilebilecek en çok iş, sistemin belirli bir başlangıç halinden, tersinir hal değişimiyle çevrenin bulunduğu hale getirilmesiyle elde edilir, bu ise kullanılabilirlik olarak adlandırılır. Tersinmezlik: İş yapma olanağındaki azalmadır. -Rankine çevriminin verim artırma yöntemlerinden olan kazan basıncını yükseltmenin faydaları ve zararlarını kısaca açıklayınız. ( puan) Kazan basıncını yükseltme ortalama sıcaklıkta artışa sebep olduğundan ısıl verim artar, fakat türbin çıkış kuruluk derecesi azalır. Ayrıca kazan basıncını belirli bir kritik basıncın üzerinde artırmak sistemin emniyeti açısından uygun değildir. 5-Isı pompası imal eden bir firma C lik kaynaktan ısı çeken ve bir odayı 5 C sıcaklıkta tutan ısı pompasının tesir katsayısının 5 olduğunu iddia etmektedir. Bu firmanın iddiasının doğru olup olmadığını açıklayınız. ( puan) Aynı ısı kaynakları arasında tersinir bir ısı pompası düşünecek olursak, ısıtma tesir katsayısı maksimum olacaktır. Tsııca 98.5 COPs = COPmax = = =.9 COP = 5 > COPmax =.9 Tsııca Tsoguk 98.5 7.5 olduğundan böyle bir ısı makinesi yapmak mümkün değildir.
Makina Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav Soruları Öğrencinin, Adı 5 Soyadı 6 6-Buharlı bir güç santrali, ara ısıtmalı ara buhar almalı Rankine çevrimine göre çalışmaktadır. Çevrimde bir ara ısıtıcı ve bir açık besleme suyu ısıtıcısı bulunmaktadır. 5 /s kütle debisindeki su buharı, adyabatik verimi % 85 olan yüksek basınç türbinine MPa basınç ve 6 o C sıcaklıkta, adyabatik verimi % 8 olan alçak basınç türbinine ise 5 MPa basınç ve 5 o C sıcaklıkta girmektedir. Yoğuşturucu basıncı 5 kpa olup, buhar alçak basınç türbininden.5 MPa basınçta ayrılarak açık besleme suyu ısıtıcısına gönderilmektedir. Çevrimi doymuş sıvı ve doymuş buhar eğrilerinin de yer aldığı bir T-s diyagramında gösterin. Ayrıca, çevrimde yer alan pompaların verimlerini % 7 kabul ederek, çevrimin toplam türbin, pompa ve net güçleri ile termal verimi bulunuz. (5 puan) 5 6 K YBT ABT 7 P ABSI P 8 Y 9 Başarılar Yrd.Doç.Dr. Ali PINARBAŞI.5.
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav soruları Öğrencinin, Adı, Soyadı 5. C deki doymuş buhar sabit basınçta, 5 C deki çevre havaya ısı transfer etmek suretiyle C de yoğuşturulmaktadır. Bu işlem esnasında, çevre ve sistemin net entropi artışını hesaplayınız. s = s =, 69 kj / K s = s = 7, 59 kj / K f Δ S = mi( s s ) = i(, 69 7, 59) = 6, 8 kj / K sis Q = mi( h h ) = i(9, 676,) = 57 kj / sis Qçevre 57 Qçevre = Qsis = 57 kj / Δ Sçevre = = = 7, 57 kj / K T 98, 5 g çevre (,5 p) (,5 p) ( 5 p) Δ S = S =Δ S +Δ S = 6,8 + 7,57 =,5kJ / K (5 p) top uretim sis çevre. Buhar adyabatik bir türbine Mpa ve C sıcaklıkta girmekte, 5 kpa basınca genişlemektedir. Türbinden geçen birim kilogram buhar başına elde edilen iş 6 kj/ dır. Çevre sıcaklığını 5 C alarak tersinir işi ve tersinmezliği bulunuz. P MPa h = 5, kj /, s = 7,9 kj / K T = C q w=δ h+δ ke+δpe 6 = h 5, h = 5, kj/ P = 5kPa h = 5, kj/ = h = h + x h 5, = 5, 9 + x 7, x =, 97 f fg s = s + x s s =,759 +,97i7, 56 s = 7,5566 kj/ K f fg h < h < h f g V V Wtr = ( h h) T( s s) + + g( z z) W = (5, 5, ) 98(7,9 7, 5566) = 79, kj/ tr (5 p) (.5 p) (.5 p) (5 p) I = T S = 98( s s +Δ s ) = 98(7, 5566 7,9) = 9, kj / Δ s = üretim çevre çevre (5 p). Şekildeki buhar türbinine MPa basınç, 5 C sıcaklıkta /s debide buhar girmektedir. Türbin içinde basıncın.5 MPa olduğu noktada 5 /s debide buhar ayrılmaktadır. Geriye kalan buhar 5 kpa basınç ve yüzde 9 kuruluk derecesinde türbini terk etmektedir. Türbinden çevreye olan ısı geçişi 5 kw tır. Çevre basıncı ve sıcaklığı sırasıyla. MPa ve 5 C olduğuna göre, birim kilogram buhar başına türbinin girişindeki ve her iki buhar çıkışındaki buharın kullanılabilirliklerini ve tersinir işi bulunuz. MPa, 5 C /s,5mpa, C 5/s Q=5kW 5kPa, x=,9 5/s
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav soruları Öğrencinin, Adı, Soyadı 5 V ψ = ( h h) T( s s) + + g( z z) P = MPa h = 5, kj/ P =,5MPa h = 855, kj/, T C 8 kj / K T C s = 7, 59 kj / kk g, = 5 s = 6,7 = P = 5kPa x =,9 P =,MPa T = 5 C h = 5, 9 +, 9i7, = 6, 7 kj/ ( p) s =,759 +,9i7, 56 = 7, 8kJ / K ( p) h =,89 kj/, s =, 67 kj/ K ψ = ( h h ) T ( s s ) = (5,,89) 98,5(6, 78, 67) = 9, 58kj/ ψ = ( h h ) T ( s s ) = (855,,89) 98,5(7, 59, 67) = 755, kj / ψ = ( h h ) T ( s s ) = (6, 7,89) 98,5(7, 8, 67) = 9, 9 kj/ W tr... m m m 5 5 = ψ ψ ψ = 9, 58 755, 9, 9 = 8, 7 kj/ (5 p) m m m ( p) ( p) ( p). İdeal ara buhar almalı Rankine çevrimine göre çalışan buharlı bir güç santralinde bir adet açık besleme su ısıtıcısı kullanılmaktadır. Buhar türbine MPa ve C sıcaklıkta girmekte, kpa yoğuşturucu basıncına genişlemektedir. Bir miktar buhar kpa basınçta ayrılarak kazan besleme suyunu ısıtmak amacıyla açık besleme su ısıtıcına gönderilmektedir. Su, açık besleme su ısıtıcısından doymuş sıvı olarak çıkmaktadır. Çevrimin verimini bulunuz. P = kpa h = 9,8 kj/, wp =ν( P P) =, ( ) =, 99 kj/ Doymus sıvı ν = m p, / h = h + w = 9,8 +, 99 = 9, kj/ P = kpa Doymus sıı v p, 8 / ( p) h = 6,7 kj/, wp =ν( P P) =, 8( ) =, 9 kj / ν = m h = h + w = 6, 7 +, 9 = 68, 6 kj/ 5 5 6 5 = C s = 6, 769 kj/ K s6 ( p) P = MPa h =,6 kj/, P = kpa s6 = sf + x6sfg T = 6,769kj/ K h = h + x h h 6 f 6 fg P = kpa s 7 7 = 6,769kj/ K 7 f 7 fg 7 6 6 = 6,7 +,975i,8 = 685,9 kj / ( p) s = s + x s 6,769 =,69 + x 7,59 x =,85 7 f 7 fg 7 7 h = h + x h h = 9,8 +,85i9,8 =, kj / yh + ( yh ) = h yi685,9 + ( y) i, = 6, 7 y =,65 q = h h =, 6 68, 6 = 6, 96 kj/ g 5 q = ( y)( h h ) = (,65)(, 9,8) = 69, 9 kj / ç 7 qç 69,9 η= = = %7, 5 q 6,9 q (6 p) ( p) 6, 769 =, 7766 + x 5,9 x =,975 ( p) ( p) 6 6 ( p) ( p) ( p) ( p) ( p)
Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik II Vize Sınav soruları Öğrencinin, Adı, Soyadı 5 5. Carnot hava çevriminde, çevrime ısı girişi K sıcaklıkta ve çevrimden dışarı ısı geçişi K sıcaklıkta olmaktadır. Çevrime verilen ısı kj/ dır. Çevrimin minimum basıncı, MPa dır. Sabit özgül ısı yaklaşımını kullanarak, çevrimin verimini ve ortalama efektif basıncını bulunuz. T = T = K T = T = K P =,MPa ( k )/ k,/, T P P = = P =,8MPa T P, arası ısı geçişi (,5 p) q = RT ln = RT ln =, 87iiln P = 7,MPa v P,8 TL η= = = %75 T v H v P P RT,87i (,5 p) max = v = = =,86 P (,5 p) (,5 p) v v RT, 87i min = = = = P 7, (, 5 p) wnet,75i OEB = = = 89,kPa v v,86, max min (,5 p) Sınav süresi dakikadır Tam sonuçlar değerlendirilecektir. Başarılar Doç. Dr. Ali PINARBAŞI