Sağ ve sol taraf için basınç dengesi kurulursa - SABİS

Sakarya Üniversitesi Müh. Fak. Mak. Müh. Termodinamik I ara (vize) sınavı soruları 2016
Prof. Dr. Y. İslamoğlu, Prof. Dr. İ. Taymaz, Doç. Dr. M. Özdemir, Doç. Dr. H. Yaşar, Doç. Dr. N. Parlak; Doç. Dr.
H. Pehlivan; Yrd. Doç. Dr. U. Durmaz
Adı:
Soyadı:
No:
Soru 1: Aşağıdaki şekildeki su tankının basıncı hem bir manometre ve hem de bir basınç ölçer ile eşzamanlı olarak
ölçülmektedir. Basınç ölçerden 80 kPa basınç değeri okunduğuna göre cıva sutunu yüksekliğini (h) hesaplayınız.
Suyun yoğunluğu 1000 kg/m3, yağın yoğunluğu 720 kg/m3 ve cıvanın yoğunluğu 13600 kg/m3 (20 Puan).
80 kPa
Doymuş su buharı (25 oC)
Hava
Sıvı su (75 cm)
Civa (h)
Yağ (30 cm)
ÇÖZÜM:
Sağ ve sol taraf için basınç dengesi kurulursa:
Phava + ƍyağ .hyağ . g = P doy. + ƍsu .hsu .g + ƍcıva .hcıva .g
Su için (A4) doymuş haller tablosundan;
P doy(25 oC) = 3,169 kPa
80 000 + 720 . 0,3 . 9,81 = 3169 + 1000 . 0,75 . 9,81 + 13600 . h cıva .9,81
h cıva = 0,5547 m = 55,47 cm
Soru 2: Saf maddenin tanımını yapınız. Kuruluk derecesi nedir? Hangi bölge ya da bölgelerde tanımlıdır?
Hangi aralıkta değiştiğini bir T-v ya da P-v diyagramında gösteriniz. (20 Puan)
ÇÖZÜM :
Saf madde: Her noktasında aynı ve değişmeyen bir
kimyasal bileşime sahip olan maddeye saf madde denir.
Su, Azot, Helyum, … vb maddeler saf maddeye örnek
olarak verilebilir.
Kuruluk derecesi: Bir doymuş sıvı buhar karışımında
buhar kütlesinin toplam kütleye oranına kuruluk derecesi
denir. 𝑥 = 𝑚𝑏𝑢ℎ𝑎𝑟 /𝑚𝑡𝑜𝑝𝑙𝑎𝑚
Sadece doymuş haller bölgesinde tanımlıdır. 0-1 arasında
bir değer alır.
Soru 3: Sürtünmesiz bir piston silindir düzeneğinde başlangıçta 500 kPa ve 300°C sıcaklıkta 8 kg kızgın
su buharı bulunmaktadır. Daha sonra silindir içindeki buhar sabit basınçta kütlesinin 4’te 3’ü yoğuşana
kadar soğutulmaktadır. Yapılan işi ve çevreye olan ısı geçişini hesaplayınız. (30 Puan)
CÖZÜM:
Hal değişimi esnasındaki özellikler Tablo A-5 ve Tablo A-6’dan;
P1  500 kPa 
3
v 1  0.5226 m /kg

T1  300 C 
kızgın su buharı (Tablo A-6)
h1  3064.6 kJ/kg
P2  500 kPa
x 2  0.25
(kütlenin 3 / 4 ü


3
3
v f  0.001093 m /kg ; v g  0.3748 m /kg
(Tablo A-5)
yogusuyor )
h f  640.09 kJ/kg ; h g  2748.1 kJ/kg
v 2  v f  x 2v fg
 0.001093  0.25  (0.3748  0.001093)
 0.0945 m 3 /kg
h 2  h f  x2 h fg
 640.09  0.25  (2748.1  640.09)
 1167.09
kJ/kg
Hareketli sınır işi;
2
𝑊𝑠 = ∫1 𝑃. 𝑑𝑉
Ws  m.P.(v 2  v 1 )  8.500.(0.0945  0.5226)
Ws  1712.4
kJ
Çevreye olan ısı geçişi;
Termodinamiğin 1. Yasası:
𝐸𝑔 − 𝐸ç = ∆𝐸𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚
𝑄 − 𝑊𝑠 = ∆𝑈
𝑄 = ∆𝐻 = 𝑚. (ℎ2 − ℎ1 )
𝑄 = 8. (1167.09 − 3064.6) = −15180.06 𝑘𝐽
Soru 4 Şekildeki piston-silindir düzeneği içerisinde 1 bar basınç ve 24 oC sıcaklıkta ideal bir gaz bulunmaktadır.
Piston üzerine harici bir kuvvet uygulanarak gaz izotermal olarak sıkıştırılmakta ve bu işlem esnasında system
üzerine 0.1 kJ iş yapılmaktadır. Piston başlangıçta silindirin alt yüzeyinden 20 cm yükseklikte bulunmaktadır ve
pistonun çapı12 cm’dir. Potansiyel ve kinetik enerji değişimleri ihmal edilecektir. (30 Puan)
a)
Çevreye transfer olan ısı enerjisi miktarını
b)
Silindir içindeki gazın son haldeki basıncını
c)
Bu işlem esnasında pistonun yer değiştirme mesafesini hesaplayınız.
ÇÖZÜM (a) Kapalı system için enerji dengesini yazarsak;
E  Eçik  Esistem
gir
 
,
Ws, gir  Qçik  U ideal gaz  mcv (T2  T1 ) ideal gaz )  0 (çünkü T2  T1 ve KE  PE  0)
Ws,gir  Qçik
Böylece hal derğişimi esnasında çevreye atılan ısı enerjisi sınır işine eşit olacaktır;
Qçik  Ws,gir  0.1 kJ
(b) Başlangıçtaki silindir hacmi;
V1 
D 2
4
L1 
 (0.12 m) 2
4
(0.2 m)  0.002262 m 3
Böylece izotermal hal değişimi için sınır işi ifadesinden hal değişimi sonundaki silindir hacmi;
V
Ws,gir   P1V1 ln  2
 V1



V2


0.1 kJ  (100 kPa)(0.002 262 m 3 )ln 
V 2  0.001454 m 3

3
 0.002262 m 
İdeal gaz denkleminin izotermal hal değişimine uygulanması ile;
P1V1  P2V 2 
(100 kPa)(0.002 262 m 3 )  P2 (0.001454 m 3 ) 
 P2  155.6 kPa
(c) Pistonun bulunduğu son konum ve pistonun gittiği yol;
V2 
D 2
 (0.12 m) 2
L2 
 L2  0.1285 m
4
4
L  L1  L2  0.20  0.1285  0.07146 m  7.1 cm
Olarak bulunur.
L2 
 0.001454 m 3 