TERMODİNAMİK II BÖLÜM 1 SORULARI Teslim Tarihi 01 Şubat

TERMODİNAMİK II BÖLÜM 1 SORULARI
Teslim Tarihi 01 Şubat 2007 Perşembe
1. Bir ısı makinesi 1100 K sıcaklığındaki bir ısıl enerji deposundan 700 kJ ısı almakta, 310 K
sıcaklığındaki bir ısıl enerji deposuna ise 500 kJ ısı vermektedir. Bu makinenin
Termodinamiğin ikinci yasasına aykırı olup olmadığını,
a) Clausius eşitsizliği,
b) Carnot ilkeleri ışığında belirleyin. Bu makinenin toplam entropi üretimini de
hesaplayınız.
2. Bir ısı pompası, -2 ˚C sıcaklıktaki çevre havadan ısı almakta ve 21 ˚C sıcaklıktaki iç ortama
75000 kJ/h ısı vermektedir. Bu işlemi gerçekleştirirken kullandığı elektrik gücü ise 8 kW’tır.
Clausius eşitsizliği göz önüne alındığı zaman bu ısı pompasının termodinamiğin ikinci
yasasına aykırı olup olmadığını belirtiniz.
3. Sabit hacimli kapalı bir kapta bulunan 40 ˚C sıcaklığındaki mükemmel bir gaz bir döner
kanatla karıştırılmaktadır. Döner kanat mükemmel gaz üzerinde 200 kJ iş yapmakta bu arada
25 ˚C sıcaklıktaki çevreye olan ısı geçişi sonunda mükemmel gazın sıcaklığı sabit
kalmaktadır.
a) Mükemmel gazın entropi değişimini,
b) Çevrenin entropi değişimini hesaplayınız. Bu hal değişimi entropinin artış ilkesiyle
uyumlu mudur?
4. Bir Carnot çevriminden sabit sıcaklıkta ısı geçişi sırasında, aracı akışkanın entropi değişimi
– 0.6 kJ/K olmaktadır. Enerjinin verildiği ısıl enerji deposunun sıcaklığı 30 ˚C olduğuna göre,
a) Isıl enerji deposuna olan ısı geçişini,
b) Isıl enerji deposunun entropi değişimini,
c) Bu hal değişimi sırasındaki entropi değişimini hesaplayınız.
5. Buharlı bir ısıtma sisteminin radyatörünün hacmi 20 L olup, 200 kPa basınç ve 200 ˚C
sıcaklıkta su buharı içermektedir. Bu anda radyatörün giriş ve çıkış vanaları kapatılmaktadır.
Belirli bir süre sonra, odaya geçen ısı geçişi sonucu buharın sıcaklığı 80 ˚C olmaktadır. Bu hal
değişimi sırasında buharın entalpi değişimini (kJ/K) hesaplayınız.
6. 200 kPa basınç ve 20 ˚C sıcaklıktaki su, sürekli akışlı bir karışma odasında 200 kPa basınç
ve 300 ˚C sıcaklıktaki kızgın su buharıyla karıştırılarak ısıtılmaktadır. Suyun debisi 2.5 kg/s
olup, karışma odasından 25 ˚C sıcaklıktaki çevreye 600 kJ/dakika ısı geçişi olmaktadır.
Karışımın basıncı 200 kPa ve sıcaklığı 60 ˚C olduğuna göre,
a) Kızgın su buharının debisini,
b) Karışma sırasındaki entropi değişimini hesaplayınız.
7. 20 kg kütlesi olan 200 ˚C sıcaklığında bir alüminyum külçeyle 20 kg kütlesi olan 100 ˚C
sıcaklığında bir demir külçesi yalıtılmış kapalı kapta bir araya getirilmektedir. Son haldeki
denge sıcaklığını ve hal değişimi sırasındaki toplam entropi değişimini hesaplayınız.
8. 85 ˚C sıcaklığında kütlesi bilinmeyen bir demir parça, içinde 20 ˚C sıcaklıkta 100 L su
bulunan bir kaba bırakılmaktadır. Demir parça soğurken, 200 W gücünde bir motorun
çalıştırdığı döner kanat suyu karıştırmaktadır. 20 dakika sonra ısıl dengenin sağlandığı ve
sıcaklığın 24 ˚C olduğu gözlenmektedir. Demir parçanın kütlesini ve hal değişimi sırasındaki
toplam entropi üretimini hesaplayınız.
9. Hacmi 0.5 m3 olan, yalıtılmış sabit hacimli kapalı bir kapta başlangıçta 100 kPa basınçta
0.9 kg karbon dioksit vardır. Daha sonra gaz üzerinde, basıncı 120 kPa olana kadar dönen
kanat işi yapılmaktadır. Karbon dioksitin bu hal değişimi sırasındaki entropi değişimini kJ/K
cinsinden hesaplayınız. Özgül ısıları sabit kabul ediniz.
10. Hava, 5 kW gücü olan sürekli akışlı bir kompresörde 100 kPa basınç ve 17 ˚C sıcaklıktan,
600 kPa basınç ve 167 ˚C sıcaklığa sıkıştırılmaktadır. Havanın kütle debisi 1.6 kg/dakikadır.
Sıkıştırma işlemi sırasında kompresörle 17 ˚C sıcaklıktaki çevre hava arasında bir miktar ısı
geçişi olmaktadır.
a) Havanın birim zamanda olan entropi değişimini,
b) Çevrenin birim zamanda olan entropi değişimini,
c) sıkıştırma işlemi sırasındaki toplam entropi üretimini hesaplayınız.
11. Su 10 kW gücünde bir pompaya, 100 kPa basınçta 5 kg/s debiyle girmektedir. Suyun
pompa çıkışında sahip olabileceği en yüksek basıncı hesaplayınız. Suyun kinetik ve
potansiyel enerji değişimlerini ihmal edip, özgül hacmini 0.001 m3/kg alınız.
12. Azot gazı, 10 kW gücünde, sürekli akışlı bir kompresörle 80 kPa basınç ve 27 ˚C
sıcaklıktan 480 kPa basınca sıkıştırılmaktadır. Kompresörde akan azotun debisini,
sıkıştırmanın;
a) İzantropik,
b) n=1.3 olmak üzere politropik,
c) Sabit sıcaklıkta,
d) n=1.3 olmak üzere iki kademeli ve ara soğutmalı politropik olduğunu kabul ederek
hesaplayınız.
13. Su buharı, adyabatik bir türbine 8 MPa basınç ve 500 ˚C sıcaklıkta, 3 kg/s debiyle
girmekte, 30 kPa basınca kadar genişlemektedir. Türbinin adyabatik verimi 0.9’dur. buharın
kinetik enerji değişimini ihmal ederek,
a) Türbin çıkışında buharın sıcaklığını,
b) Türbinin gücünü hesaplayınız.
14. Hava sürekli akışlı adyabatik bir kompresöre 95 kPa basınç ve 27 ˚C sıcaklıkta girmekte,
600 kPa basınç ve 277 ˚C sıcaklıkta çıkmaktadır. Özgül ısıların sıcaklıkla değiştiğini göz
önüne alarak, ayrıca kinetik ve potansiyel enerji değişimlerini de göz ardı ederek,
a) Kompresörün adyabatik verimini,
b) Sıkıştırmanın tersinir olması durumunda havanın çıkış sıcaklığını hesaplayınız.
15. Sıcak yanma sonu gazları bir turbojet motorunun lülesine 260 kPa basınç, 747 ˚C sıcaklık
ve 80 m/s hızla girmekte, 85 kPa basınca kadar genişlemektedir. Lülenin adyabatik verimi
yüzde 92’dir. Yanma sonu gazlarını hava gibi alarak, lüleden,
a) Çıkış hızını,
b) Çıkış sıcaklığını hesaplayınız.