Önemli Not: Sınavda tüm dökümanlar açık olduğu için herhangi bir formül yazmaya ya da formülde değerleri yerine koymaya tam puan verilmemiştir. Ancak doğru cevapları yazanlar tam puan almış, işlem hatası yapanlardan ciddi puan kırılmıştır. Bunun yanında soru kağıdında soruların en üstünde virgülden sonra 3 basamak alınması gerektiği vurgulanmış, 3 basamak almayanlar sonuçlarda sapma yaşadıklarında puan kırılmıştır. Nereden geldiği belli olmayan cevaplar değerlendirilmeye alınmamıştır. Bunun yanında (örnek olarak 3.soruda ikinci durumdaki hacmi hesapla 0.0859 bulup daha sonra denklemde 0.00387 olarak yazma gibi) ne yaptıkları anlaşılamamış olan sınıfın yaklaşık yüzde 40’ı oradan puan alamamıştır. Bunun yanında 2.soruda 𝑄̇𝐿 = 𝑚̇𝑗𝑒𝑜 (ℎ𝑗𝑒𝑜,1 − ℎ𝑗𝑒𝑜,2 ) = 0.06(188.44 − 146.64) yazdıktan sonra sonucu nasıl buldukları bilinmese de 1.4 kW bulan sınıfın yüzde 60’ı bu sorudan az puan almıştır. 4.soruda enerji denklemi yazmadan doğrudan iş hesaplamayanların puanlamada görüleceği üzere puanı kırılmıştır. Sınav sonuçlarına itiraz ederken bunlar göz önünde bulundurulmalı, herkese standart puanlama yapıldığı ve hangi şart altında olduğu gözetilmeksizin kimseye 2-3-5 puan gibi fazladan puan verilemeyeceği unutulmamalıdır. Bunların yanında sınavdan önce özenle duyuruda sınavın pdf ve zip/rar olarak gönderileceği, kağıda grup yazılacağı ve hangi mail adresine atılması gerektiği, bunların yanında sıkıntı yaşamamak için hazırlık yapılması gerektiği/işlemi önceden denemeleri söylenmiş ve bunlar yapmayanların sınavları geçersiz olacak denmiştir. Geçersiz sayma işlemi yerine bu durumlarda puan kırıldığı da bilinmelidir. SAKARYA UYGULAMALI BİLİMLER ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 26.08.2020 TERMODİNAMİK DERSİ YAZ OKULU FİNAL SINAVI CEVAPLARI Uyarı: Virgülden sonra 3 basamak alınız. 1. Termodinamiğin 2. Kanununun 1. Kanundan farkları nelerdir. (15 puan) • İkinci yasa hal değişimlerinin yönünü açıklayabilir. 1. Yasada yön önemli değildir. (5 puan) • İkinci yasa aynı zamanda enerjinin niceliği kadar niteliğinin de olduğunu öne sürer. Birinci yasa, niteliğiyle ilgilenmeksizin, enerjinin niceliğiyle ve bir biçimden diğerine dönüşümüyle ilgilidir. İkinci yasa, enerjinin niteliğinin ve bir hal değişimi sırasında bu niteliğin nasıl azaldığının belirlenmesinin gerekli vasıtalarını sağlar. (5 puan) • Termodinamiğin ikinci yasası, yaygın olarak kullanılan ısı makineleri ve soğutma makineleri gibi mühendislik sistemlerinin verimlerinin kuramsal sınırlarının ve kimyasal reaksiyonların hangi oranda tamamlanacaklarının belirlenmesinde de kullanılır. Birinci yasada verim önemli değildir. (5 puan) 2. Bir ortamı 25°C sıcaklıkta tutmak için akışkan olarak R-134a kullanan bir ısı pompası kullanılmaktadır. Isı pompası ısıyı, buharlaştırıcıya 0.06 kg/s debi ile 45 °C sıcaklıkta (doymuş su halinde) giren ve buharlaştırıcıdan 35 °C sıcaklıkta çıkan jeotermal sudan (doymuş su halinde) almaktadır. Soğutucu akışkan buharlaştırıcıya 30 °C sıcaklıkta ve yüzde 10 kuruluk derecesiyle girmekte ve aynı basınçta doymuş buhar olarak çıkmaktadır. Kompresör 1.2 kW güç harcadığına göre a) soğutucu akışkanın kütlesel debisini, b) birim zamanda sağlanan ısıyı, c) COP değerini ve d) aynı miktarda ısının sağlanması durumunda kompresör için gerekli minimum gücü hesaplayınız. (30 puan) Çözüm: 𝑇1 = 30℃ 𝑥1 = 0.1 → ℎ1 = 93.58 + 0.1(173.08) = 110.888 𝑘𝐽/𝑘𝑔 → 𝑃1 = 770.64 𝑘𝑃𝑎 → ℎ2 = 188.44 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑃2 = 𝑃1 = 770.64 𝑘𝑃𝑎 𝑥2 = 1 𝑇𝑗𝑒𝑜,1 = 45 ℃ → ℎ𝑠𝑢,1 = 188.44 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑥𝑗𝑒𝑜,1 = 0 𝑇𝑗𝑒𝑜,2 = 35 ℃ → ℎ𝑠𝑢,2 = 146.64 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑥𝑗𝑒𝑜,2 = 0 a) 𝑄̇𝐿 = 𝑚̇𝑗𝑒𝑜 (ℎ𝑗𝑒𝑜,1 − ℎ𝑗𝑒𝑜,2 ) = 0.06(188.44 − 146.64) = 2.508 𝑘𝑊(5 puan) 𝑄̇𝐿 = 𝑚̇𝑠𝑜ğ𝑢𝑡𝑢𝑐𝑢 (ℎ2 − ℎ1 ) → 2.508 = 𝑚̇𝑠𝑜ğ𝑢𝑡𝑢𝑐𝑢 (188.44 − 110.888) → 𝑚̇𝑠𝑜ğ𝑢𝑡𝑢𝑐𝑢 = 0.0161 𝑘𝑔/𝑠 (5 puan) b) 𝑄̇𝐻 = 𝑄̇𝐿 + 𝑊̇𝑛𝑒𝑡 = 2.508 + 1.2 = 3.708 𝑘𝑊(5 puan) 𝑄̇ c) 𝐶𝑂𝑃 = 𝑊̇ 𝐻 = 𝑁𝐸𝑇 3.708 1.2 𝑄̇𝐻 e) 𝑊̇𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑢𝑚 = 𝐶𝑂𝑃 = 3.09 (5 puan) 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 3.708 15.9 1 d) (𝐶𝑂𝑃)𝑚𝑎𝑘𝑠 = 1−(298/318) = 15.9 (5 puan) = 0.233 𝑘𝑊 (5 puan) 3. Bir piston-silindir düzeneği başlangıçta 0.015 m3 hacminde ve 275 kPa’da 0.0005 kg H2 içermektedir. H2 gazı 𝑃𝑉 0.75 = 𝑠𝑎𝑏𝑖𝑡 olacak şekilde politropik hal değişimine uğrayarak basıncı 760 kPa’a yükselmektedir. Bu işlem sırasında yapılan sınır işini ve son sıcaklığı hesaplayınız. (25 puan) Çözüm: 0.75 𝑃1 𝑉 𝑛 275 𝑉 = ( 2) → =( 2 ) 𝑃2 𝑉1 760 0.015 𝑃 𝑉 −𝑃 𝑉 760∗0.00387−275∗0.015 𝑊𝑠𝚤𝑛𝚤𝑟 = 2 2 1 1 = = −4.7422 𝑘𝐽 1−𝑛 1−0.75 𝑃2 𝑉2 760∗0.00387 𝑇2 = = = 1426.382 𝐾 (10 puan) 𝑚𝑅 0.0005∗4.1240 𝑃1 (𝑉1 )𝑛 = 𝑃2 (𝑉2 )𝑛 → → 𝑉2 = 0.00387 𝑚3 (5 puan) (10 puan) 4. Adyabatik bir hava kompresörü, kendisine doğrudan bağlı bir adyabatik buhar türbini ile çalışmaktadır. Buhar, türbine 8 MPa basınçta ve 500 °C sıcaklıkta 25 kg/s debi ile girmekte ve 10 kPa basınçta 0.92 kuruluk derecesiyle çıkmaktadır. Hava ise kompresöre 98 kPa basınçta ve 300 K sıcaklıkta 10 kg/s debi ile girmekte, 1 MPa basınçta ve 620 K sıcaklıkta çıkmaktadır. a) Kompresörü çalıştırmak için gereken gücü b) türbinde üretilen gücü hesaplayınız. (Kinetik enerjiler ihmal edilebilir.) (20 puan) Çözüm: Kompresör için; 2 2 𝑉 𝑉 𝑊̇ + 𝑚̇ (ℎ1 + 21 + 𝑔𝑧1 ) = 𝑄̇ + 𝑚̇(ℎ2 + 22 + 𝑔𝑧2 ) (𝑄̇ ≅ 𝐾𝐸 ≅ 𝑃𝐸) (5 puan) ℎ1 = 300.19 𝑘𝐽/𝑘𝑔 (1 puan) ℎ2 = 628.07 𝑘𝐽/𝑘𝑔 (1 puan) (Tablo A-17) 𝑊̇ = 𝑚̇(ℎ2 − ℎ1 ) = 10(628.07 − 300.19) = 3.2788 𝑘𝑊 (3 puan ) Türbin için; 2 2 𝑉 𝑉 𝑄̇ + 𝑚̇ (ℎ1 + 21 + 𝑔𝑧1 ) = 𝑊̇ + 𝑚̇(ℎ2 + 22 + 𝑔𝑧2 ) (𝑄̇ ≅ 𝐾𝐸 ≅ 𝑃𝐸) (5 puan) ℎ1 = 3399.5 𝑘𝐽/𝑘𝑔 (1 puan) ℎ2 = 2392.542 𝑘𝐽/𝑘𝑔 (1 puan) (Tablo A-11,12,13) 𝑊̇ = 𝑚̇(ℎ1 − ℎ2 ) = 10(300.19 − 628.07) = 25.174 𝑘𝑊 (3 puan) 5. İdeal bir Otto çevrimini şematik olarak çiziniz, P-v ve T-s diyagramında gösteriniz. Çalışma prensibini kısaca açıklayınız? (10 puan) (5 puan) (3 puan) (2 puan) Önemli Not: Sınavda tüm dökümanlar açık olduğu için herhangi bir formül yazmaya ya da formülde değerleri yerine koymaya tam puan verilmemiştir. Ancak doğru cevapları yazanlar tam puan almış, işlem hatası yapanlardan ciddi puan kırılmıştır. Bunun yanında soru kağıdında soruların en üstünde virgülden sonra 3 basamak alınması gerektiği vurgulanmış, 3 basamak almayanlar sonuçlarda sapma yaşadıklarında puan kırılmıştır. Nereden geldiği belli olmayan cevaplar değerlendirilmeye alınmamıştır. Bunun yanında (örnek olarak 3.soruda ikinci durumdaki hacmi hesapla 0.0859 bulup daha sonra denklemde 0.00387 olarak yazma gibi) ne yaptıkları anlaşılamamış olan sınıfın yaklaşık yüzde 40’ı oradan puan alamamıştır. Bunun yanında 2.soruda 𝑄̇𝐿 = 𝑚̇𝑗𝑒𝑜 (ℎ𝑗𝑒𝑜,1 − ℎ𝑗𝑒𝑜,2 ) = 0.06(188.44 − 146.64) yazdıktan sonra sonucu nasıl buldukları bilinmese de 1.4 kW bulan sınıfın yüzde 60’ı bu sorudan az puan almıştır. 4.soruda enerji denklemi yazmadan doğrudan iş hesaplamayanların puanlamada görüleceği üzere puanı kırılmıştır. Sınav sonuçlarına itiraz ederken bunlar göz önünde bulundurulmalı, herkese standart puanlama yapıldığı ve hangi şart altında olduğu gözetilmeksizin kimseye 2-3-5 puan gibi fazladan puan verilemeyeceği unutulmamalıdır. Bunların yanında sınavdan önce özenle duyuruda sınavın pdf ve zip/rar olarak gönderileceği, kağıda grup yazılacağı ve hangi mail adresine atılması gerektiği, bunların yanında sıkıntı yaşamamak için hazırlık yapılması gerektiği/işlemi önceden denemeleri söylenmiş ve bunlar yapmayanların sınavları geçersiz olacak denmiştir. Geçersiz sayma işlemi yerine bu durumlarda puan kırıldığı da bilinmelidir.
