TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI BÖLÜM 4 Kapalı

TERMODİNAMİK SINAV HAZIRLIK SORULARI
BÖLÜM 4
Kapalı Sistem Enerji Analizi
4-27 0.5 m3 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.
4-30 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.
4-38 Bir piston-silindir düzeneğinde başlangıçta 250 kPa basınçta 0.8m3 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
4.55 4 m x 5 m x 7 m boyutlarında bir oda buharlı ısıtma
sisteminin radyatörüyle ısıtılmaktadır. Radyatörün verdiği
ısı 10.000 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.m3/(kg.K), cv=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.
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 cm2’dir. (a) Lüleden akan havanın kütlesel debisini, (b)
havanın lüleden çıkış sıcaklığını, (c) lülenin çıkış kesit alanını
hesaplayınız. (cp,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 cm2 dir. Akışın (a) giriş hızını, (b) çıkış sıcaklığını hesaplayınız.
(R=0.1889 kPa.m3/(kg.K) )
5-38 80 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 cm2’dir. Akış
sırasında havadan çevreye 18 kJ/s ısı geçişi olmaktadır. Havanın (a) çıkış hızını, (b) çıkış
basınıcını hesaplayınız.
5-41 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.
5-52 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 cm2’dir. Türbinin gücü 250 kW
olduğuna göre argonun türbinden çıkış sıcaklığını hesaplayınız.
R=0.2081kPa.m3/(kg.K), cp=0.5203 kJ/(kg.C)
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.
5-55 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.
5-64 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.
5-76 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 m3/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.
5-80 20000 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.
BÖLÜM 6
Soğutma Makineleri ve Isı Pompaları
6-52 Soğutucu akışkan 134a, bir ev ısı pompasının
yoğuşturucusuna 800 kPa ve 35 C’de, 0.018 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.
6-53 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.
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.
4.27
4.30
4.38
4.55
4.68
5.29
5.33
5.36
5.41
5.47
5.52
5.54
5.55
5.62
5.64
5.76
5.80
6.52
6.53
6.77
6.97
6.98