T.C. BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ TERMODİNAMİK II ÖDEV 4 01.04.2015 Soru 1: Bir içten yanmalı motorda egzoz supabı açılmadan hemen önce, motor silindirinde 2450 cm3 hacminde 700 kPa basıncında ve 867 ℃ sıcaklığında yanma ürünü gaz bulunmaktadır. Gazın özgül ekserjisini (kJ/kg) belirleyiniz. Yanma ürünlerini ideal gaz (değişken özgül ısılar) kabulu yapılmış hava olarak alınız. (T0 = 300 K ve P0 = 100 kPa) Soru 2: Şekildeki yalıtılmış tank içerisinde -28 ℃ sıcaklığında doymuş buhar soğutucu akışkan 134a bulunmaktadır. Tank içerisine, bir ucuna kütle asılı olan çark yerleştirilmiştir. Kütle belirli bir miktar aşağı indiğinde, tank içerisindeki soğutucu akışkan karışmakta ve basıncı 140 kPa olmaktadır. Soğutucu akışkanın kütlesi 1.11 kg’ dır. Sadece asılı kütle ve tankta bulunan soğutucu akışkandaki değişimleri dikkate alarak a) Soğutucu akışkanın ilk ve son haldeki ekserjisini ve bu iki hal arasındaki ekserji değişimini hesaplayınız. b) Asılı kütlenin ekserji değişimini hesaplayınız. c) Asılı kütle ve tanktan oluşan yalıtılmış sistemin ekserji değişimini hesaplayınız. d) Asılı kütle, tank içerisindeki soğutucu akışkan ve yalıtılmış sistem için enerji ve ekserji değişimlerini tablo oluşturarak karşılaştırınız. Enerji Ekserji Soğutucu Akışkan 134a Asılı kütle Yalıtılmış sistem Soru 3: 20 ℃ sıcaklığında ve 100 kPa basıncındaki helyum gazı ile dolu bir balon şekilde gösterildiği gibi 0.5 km yüksekliğinde 15 m/s hızla hareket etmektedir. Balonun hacmi 0.5 m3 ve çevre hali 𝑇0 =20 ℃ ve 𝑃0 =100 kPa olduğuna göre ideal gaz kabulü yaparak helyumun özgül ekserjisini hesaplayınız. Soru 4: Sürtünmesiz bir piston- silindir düzeneğinde başlangıçta 150 kPa basıncında ve 200 ℃ sıcaklığında bulunan 1 kg su, içten tersinir şekilde soğuyarak doymuş sıvı haline gelmektedir. (a) Soğuma sırasındaki sınır işini (b) Soğuma sırasındaki ısı geçişini (c) Isı ve iş geçişi sırasındaki ekserji geçişini hesaplayınız.( 𝑇0 =20 ℃ ve 𝑃0 =100 kPa) Soru 5: Kapalı bir kapta başlangıçta 0.5 kuruluk derecesinde 300 ℃ sıcaklığında 2 kg su, iki farklı (ayrı) işlemden geçirilerek doymuş buhar haline getirilmektedir. a) Su, adyabatik proseste bir fan yardımıyla karıştırılarak doymuş buhar haline geliyorsa b) 900 K sıcaklığındaki bir kaynaktan ısı geçişi ile su 900 K sıcaklığında doymuş buhar haline geliyorsa. Her bir proses için suyun ekserji değişimini, ısı ve iş ile aktarılan ekserji geçişini ve ekserji yıkımını hesaplayın. Her iki işlem için ekserji yıkımı değerlerini yorumlayınız. ( 𝑇0 =20 ℃ ve 𝑃0 =100 kPa) Soru 6: 25 kg/dak debisindeki hava, santrifüj bir hava kompresöründe 100 kPa’dan 200 kPa’a sıkıştırılmaktadır. Sıkıştırma işlemi sırasında, havanın sıcaklığı 15 ℃’ den 100℃’ ye çıkmaktadır. Sıkıştırma için gereken işi ve bu hal değişimi sırasındaki ekserji değişimini a) Değişken özgül ısılar b) Sabit özgül ısılar kabulü ile hesaplayınız. Ve sonuçları yorumlayınız. Soru 7: Paralel akışlı bir ısı değiştiricisinde 240 ℃ sıcaklığındaki yağ ( Cp,yağ=2.6 kj/kgK ) 90 ℃ sıcaklığa soğutulmaktadır. Soğutma sıvısı olarak 50℃ sıcaklığındaki su kullanılmaktadır. Su ısı değiştiricisinden 70 ℃ sıcaklığında çıktığına göre ısı değiştiricisindeki toplam ekserji değişimini hesaplayınız ve sonucu yorumlayınız. (T0=300 K , P0=100 kPa ve yağın kütlesini 1 kg alınız.) Soru 8: Bir karışım odasında 4.6 kg debisindeki 15 ℃ sıcaklığındaki su ile 0.23 kg/s debisindeki doymuş su buharı karıştırılmaktadır. Karışım, karışım odasından 45 ℃ sıcakta sıvı olarak ayrıldığına göre; Odaya giren doymuş buhar sıcaklığını Bu karışma işlemi sırasındaki ekserji yok oluşunu Karışım odasındaki ikinci yasa verimini hesaplayınız. (Çevre sıcaklığını 15 ℃ alınız.) Soru 9: Kapalı ve açık sistemler için ekserji bağıntılarını türetiniz. (Şekil çizerek gösteriniz) Soru 10: Karbon çeliğinden üretilmiş 8 mm çapındaki toplar önce bir fırın içerisinde 850 ℃ sıcaklığa kadar ısıtılmakta ve sonra 30 ℃ sıcaklığındaki çevre hava içinde 100 ℃ sıcaklığa kadar yavaşça soğumasına izin verilerek tavlanmaktadır. Eğer saatte 1000 top tavlanacaksa, a) Toplardan havaya geçen ısı akımı b) Toplardan havaya geçen ısı nedeniyle ekserji yok oluşu akımını hesaplayınız.(𝜌ç𝑒𝑙𝑖𝑘 = 7833 𝑘𝑔⁄𝑚3 , 𝐶𝑝 = 0.465 𝑘𝑗⁄𝑘𝑔