Termodinamik Hesaplamalar

7/23/2019 Termodinamik Hesaplamalar

1/70

T.C.

MLL ETM BAKANLII

UAK BAKIM

TERMODNAMK HESAPLAMALAR440FB0006

Ankara, 2012


2/70

Bu modl, mesleki ve teknik eitim okul/kurumlarnda uygulanan ereveretim Programlarnda yer alan yeterlikleri kazandrmaya ynelik olarakrencilere rehberlik etmek amacyla hazrlanm bireysel renmemateryalidir.

Mill Eitim Bakanlnca cretsiz olarak verilmitir.

PARA LE SATILMAZ.


3/70

i

AIKLAMALAR ................................................................................................................... iiiGR ....................................................................................................................................... 1RENME FAALYET1 .................................................................................................... 31. TERMODNAMK .............................................................................................................. 3

1.1. Scaklk ve Termometreler (C,F,K,R) ...................................................................... 41.2. Is ve zgl Is .............................................................................................................. 51.3. Hacim ve zgl Hacim ................................................................................................. 51.4. Arlk ve zgl Arlk............................................................................................... 61.5. Basn ve Mutlak Basn............................................................................................... 61.6. Is Transferi ................................................................................................................... 8

1.6.1. Kondksiyon (Is letimi) ...................................................................................... 81.6.2 Konveksiyon (Is Tanm) .................................................................................... 91.6.3. Radyasyon (Is Inm)........................................................................................ 10

UYGULAMA FAALYET .............................................................................................. 11LME VE DEERLENDRME .................................................................................... 13

RENME FAALYET2 .................................................................................................. 152. TERMODNAMN BRNC VE KNC KANUNLARI ............................................ 15

2.1. Termodinamiin Birinci Kanunu ................................................................................ 152.2. Termodinamiin kinci Kanunu .................................................................................. 16UYGULAMA FAALYET .............................................................................................. 20LME VE DEERLENDRME .................................................................................... 22

RENME FAALYET3 .................................................................................................. 243. DEAL GAZ VE DEAL GAZ .......................................................................................... 24

3.1. Gazlarn Durum Deiiklikleri .................................................................................... 263.1.1. Sabit Hacim (zohor) ........................................................................................... 263.1.2. Sabit Basn (zobar) ........................................................................................... 273.1.3. Sabit Scaklk (zoterm) ....................................................................................... 283.1.4. zoentropik........................................................................................................... 283.1.5. Politropik ............................................................................................................. 29

3.2. Motor evrimleri ........................................................................................................ 303.2.1 Otto (Sabit Hacim) evrimi .................................................................................. 303.2.2. Dizel (Sabit Basn) evrimi ............................................................................... 333.2.3. Karma evrim ..................................................................................................... 35

3.3. Brayton evrimi .......................................................................................................... 36UYGULAMA FAALYET .............................................................................................. 39LME VE DEERLENDRME .................................................................................... 41

RENME FAALYET4 .................................................................................................. 434. SOUTUCULAR VE ISI POMPALARI .......................................................................... 43

4.1. Buhar Sktrmal Soutma evrimi .......................................................................... 44UYGULAMA FAALYET .............................................................................................. 47LME VE DEERLENDRME .................................................................................... 49

RENME FAALYET5 .................................................................................................. 515. BUHARLAMA ................................................................................................................ 51

5.1. Buharlama Iss .......................................................................................................... 535.2. Buharlama Srecinde Enerji Deiimi .................................................................. 54

NDEKLER


4/70

ii

5.3. Yanma Iss ................................................................................................................. 54

UYGULAMA FAALYET .............................................................................................. 56LME VE DEERLENDRME .................................................................................... 58MODL DEERLENDRME .............................................................................................. 60CEVAP ANAHTARLARI ..................................................................................................... 62KAYNAKA ......................................................................................................................... 64


5/70

iii

AIKLAMALARKOD 440FB0006ALAN Uak BakmDAL/MESLEK Uak Gvde-MotorMODLN ADI Termodinamik Hesaplamalar

MODLN TANIMI

Uak bakm alannda termodinamik birimler, termodinamiin1 ve 2. kanunu, ideal gaz kanunlar, soutucular, s

pompalar vebuharlama ile ilgili hesaplamalarnkazandrld birrenme materyalidir.

SRE 40/24

N KOUL Bu modln n koulu yoktur.YETERLK Termodinamik hesaplamalar yapmak

MODLN AMACI

Genel AmaGerekli ortam salandnda tekniine uygun termodinamikhesaplamalar hatasz olarak yapabileceksiniz.Amalar1.

Termodinamik birimler arasndaki hesaplamalartekniine uygun hatasz olarak yapabileceksiniz.

2.

Termodinamiin I ve II. kanunu ile ilgili hesaplamalartekniine uygun hatasz olarak yapabileceksiniz.

3.

deal gaz kanunlar ile ilgili hesaplamalar tekniine

uygun hatasz olarak yapabileceksiniz.4.

Soutucular ve s pompalar ile ilgili hesaplamalartekniine uygun hatasz olarak yapabileceksiniz.

5. Buharlama ile ilgili hesaplamalar tekniine uygunhatasz olarak yapabileceksiniz.

ETM RETMORTAMLARI VE

DONANIMLARI

Ortam:Snf, atlye, iletme, ktphane, internet ortam, ev,vb. rencinin kendi kendine veya grupla alabilecei tmortamlarDonanm:Projeksiyon, tepegz, bilgisayar, okul ktphanesivb.

LME VEDEERLENDRME

Modl iinde yer alan her renme faaliyetinden sonra

verilen lme aralar ile kendinizi deerlendireceksiniz.retmen modl sonunda lmearac (oktan semeli test,doru-yanl testi, boluk doldurma, eletirme vb.)kullanarak modl uygulamalar ile kazandnz bilgi ve

becerileri lerek sizi deerlendirecektir.

AIKLAMALAR


6/70

iv


7/70

1

GRSevgili renci,

G reten makinelerin ou termodinamik ilemlere dayanr. Termodinamikhesaplamalar, retilecek olan makineler iin ideal bir model oluturma imkn verir. Bumodeller ile alnan sonular gerek makineler iin uygulanr. Bu nedenle uak motorlarnnincelenmesi termodinamiin nemli bir uygulama alann oluturur.

Termodinamik ounlukla dikkatli bir rencinin anlamakta glk ekmeyecei,

kolay bir derstir. Termodinamik ile ilgili ilke ve kavramlar hemen hemen her gnkarlatmz olgulardr. Bu modlde ilenen konularla gnlk yaantlarmz arasnda bakurmak konuyu anlamamzkolaylatracaktr.

GR


8/70

2


9/70

3

RENME FAALYET1Bu faaliyetin sonunda uygun ortam salandnda termodinamik birimler arasndaki

hesaplamalar tekniine uygun, hatasz olarak yapabileceksiniz.

Scaklk, s, basn, hacim, arlk terimleri hakknda bilgi toplaynz.

Denizde derinlere doru dalan bir yzcye etki eden basn artar. Nedenlerini

aratrnz.

Aratrma konusunda sanal ortamda ve ilgili sektrde kaynak taramas yapnz.

Yaptnz aratrmay rapor hline getiriniz.

Hazrladnz raporu snftaki arkadalarnzla paylanz.

1. TERMODNAMKTermodinamik szc Latince therme (s) ve dynamics (g) szcklerinden

tremitir. Eski zamanlardan gnmze kadar gelensy ie dntrme abalarnn uygunbir tanmlamas olmaktadr.

Termodinamik, enerji bilimi olarak tanmlanr. Enerji de deiikliklere yol aan etkenolarak dnlmektedir. Doann en temel yasalarndan biri enerjinin korunumu ilkesidir.Bu ilke enerjinin bir biimden baka bir biime dnebileceini fakat toplam miktarnnsabit kalacan belirtir. Baka bir deyile, enerji yaratlamaz veya yok edilemez. rnein,insan zerinde enerji girii (gda) enerji kndan (hareket) fazla ise kii kilo alacaktr.Enerji k enerji giriinden daha fazla olan kii ise kilo kaybedecektir.

Termodinamiin uygulama alanlar ou yerde karmza kmaktadr. Hatta bualanlar yaammzn ierisindedir. Evimizde kullandmz elektrikli frn, ddkl tencere,su stcs ve buzdolab gibi birok eyada termodinamik esaslarn grmek mmkndr.Termodinamik otomobil motorlarnn, uak motorlarnn, termik veya nkleer gsantrallerinin tasarmnda nemli bir rol oynamaktadr.

Resim 1.1: Termodinamiinuygulama alanlar

RENME FAALYET1

ARATIRMA

AMA


10/70

4

1.1. Scaklk ve Termometreler (C,F,K,R)

Scaklk gnlk hayatmzda ska kullandmz bir terimdir. Scaklk tanm olarakbir maddenin yapsndaki molekl veya atomlarn ortalama kinetik enerjilerinin lmdeeridir. Scaklk t veya T ile gsterilir. Termometre kullanlarak llr. Termometreeitleriunlardr: Celsius (C), Fahrenheit (F), Kelvin (K), Reaumur (R).

Termometre, Latincede thermos (ktle) ve metron (l) anlamna gelmektedir.Termometreler, deien scaklk karsnda svlarn hacim deitirmesi mantna dayalolarak alr. En fazla kullanlan termometreler cval termometrelerdir. Scakln okdk olduu yerlerde ise donma scakl daha dk olan alkoll termometreler kullanlr.

Resim 1.2: Termometre

Normal atmosfer basncnda (760 mm cva basnc) bu iki nokta arasndaki mesafeCelsius termometresinde 100 eit paraya blnr. Bunlarn her biri bir Centigrad' (1C)gsterir.

Fahrenheit lsnde iki nokta arasndaki mesafe 180 eit paraya blnr. Bunlarnher biri Fahrenheit'i (1F) gsterir. Bu lmde suyun donma ve kaynama noktas srayla32F ve 212F olarak belirlenir.

Reaumur lmndeyse bu noktalar 0R ve 80R olarak isimlendirilirve iki noktaaras80 paraya blnr. Cva -39 Cde donduu iin ok dk scaklklarn lm iinuygun deildir. Bu nedenle donma noktas dk olan renkli alkolle doldurulmutur.Ulalabilecek en dk scaklk mutlak sfr olup -273,16 Cdir. Mutlak sfrdan balayan

bir l de Kelvin'diryani -273,16 C = 0K' dir.

ekil 1.1: Scaklk lekleri


11/70

5

Bu termometreler arasndaki bantlarunlardr:

Celsius ile Kelvin arasndaki bant: C= K-273 Celsius ile Fahrenheit arasndaki bant: C= F-32 /1,8 veya F= 1,8.(C + 32)

1.2. Is ve zgl Is

Bir maddenin scakln deitirmek iin gerekli s maddenin miktarna, cinsine vescaklk farklarna baldr.

Is: Maddeleri oluturan molekl ve atomlarn, kinetik ve potansiyelenerjilerinin toplamna s denir. Is Q ile gsterilir. Is bir enerji eklidir. Is

birimi kalori (Cal) veya joule (J) dir.

1 Cal = 4,18 J veya 1 J = 0,24 Cal 1 kCal = 1000 Cal

zgl s: Genel olarak 1 gram maddenin scakln 1C ya da SI birimsistemine gre 1 kg maddenin scakln 1K artrmak iin gerekli olan senerjisi miktardr. Maddeden maddeye deien bir zellik olduu iin ayrtedici bir zelliktir. zgl s c ile gsterilir.

Kapal sisteme verilen veya sistemden ekilen s; Q= m. c. T forml ile hesaplanr.Ak sistemlerde ise ktle yerine ktlesel debi kullanlr. Dolaysyla formlde ktle yerine

ktlesel debi kullanlr. TcmQ ..

..

Burada;Q = Is (kj),.

Q = Birim zamanda geen s (kj/sn.),

m = Ktle (kg),.

m = Ktlesel debi (kg/sn.),c = zgl s (kj/kgK),T = Scaklk fark (K) demektir.

1.3. Hacim ve zgl HacimHacim, bir maddenin uzayda kaplad yerdir. Hacim scaklk ve basnla deiir.

Yaygn bir zelliktir. Birimi m3veya litredir. Bir maddenin birim ktlesinin hacmi ise zglhacim olarak adlandrlr. zglhacim v ile gsterilir ve birimi m3/kgdr. Forml;

m

Vv dir. Burada;

V= Hacim (m3)

m= Ktle (kg)dr.


12/70

6

1.4. Arlk ve zgl Arlk

Herhangi bir ktleye etkiyen yerekimi kuvvetinearlkdenir.Birimi Newtondur. G ile gsterilir. Forml;

G= m .gdir. Burada;m= Ktle (kg),g= Yer ekimi ivmesi (m/sn2) dir. Yer ekimi kuvveti deniz seviyesinde 9,807 m/sn2

dir.

Arlk, yer ekimi ivmesine bal olarak deiir. Newton un II. Hareket Kanununagre bir ktleye uygulanan kuvvet, ivmesi ile orantldr.

F= m. a'dr.

F= Uygulanan kuvvet (N),

m= Ktle (kg),a= Ktlenin ivmesi (N/kg) dir.

Yer ekimi ivmesi, ykseklie baldr. rnein, bir cismin deniz seviyesindekiarl, bir dan tepesindeki arlndan daha fazladr.

zgl arlk:Maddenin birim hacminin arldr.Birimi N/m3 tr. ilegsterilir.Forml;

= G / V = . g = g / vdir. Burada;

G= Arlk (N)V= Hacim (m3) = Younluk (kg/m3)g = Yer ekimi ivmesi (m/sn2)v = zgl hacim (m3/kg) dr.

1.5. Basn ve Mutlak Basn

Basn bir akkann birim alana uygulad kuvvettir. Birimi Pascal (Pa= N/m2) dir.P ile gsterilir. Forml;

A

FP dr. Burada;

F= Kuvvet (N),A= Yzeysel alan (m2) dir.

Yaygn olarak kullanlan dier basn birimleri ise;1 bar= 105Pa= 100 kPa,1 atm= 101,325 kPa= 1,033 bardr.


13/70

7

Basn sadece sv ve gaz ortamlarda yani akkan maddelerde sz konusudur. Kat

cisimlerde ise basn yerine gerilme ifadesi gelir.Bir noktadaki gerek basn mutlak basn olarak adlandrlr. Mutlak basn Pmutlak

veya P ile gsterilir. Termodinamikte mutlak basn deerleri kullanlmaktadr. Bir yerdekiatmosferik (hava) basn (Patm) barometre ile llr.

Aadaki resimde gnmzde yaygn olarak kullanlan bir meteoroloji barometresigrnmektedir.

Resim 1.3: Barometre

Gaz ve svlarn basnc ise manometreler ile llr. Manometre ierisinde cva, su,alkol veya ya gibi svlar bulunur. Resim 1.4te gnmzde yaygn olarak kullanlan bir

manometre grlmektedir.

Resim 1.4: Manometre

Atmosfer basncndan daha dk olan basnca vakum ve vakumun llmesindekullanlan aletlere de vakummetre denilir. Mutlak, gsterge (manometre) ve vakum

basnlarnn tm art deerlerdir ve aralarndaki iliki aadaki gibidir:

Pgsterge= Pmutlak - Patm (Patmden daha byk basnlar iin)

Pvakum= Patm - Pmutlak (Patmden daha kk basnlar iin)


14/70

8

1.6. Is Transferi

Is transferi scaklk farkndan dolay iki sistem arasndaki veya bir sistem ile evresiarasndaki enerji transferini inceler.

Is transferinde, termodinamik kanunlardan yararlanlp birim zamanda transferedilecek s miktarn belirleyebilmek iin teoriler gelitirilerek eitlikler tretilir.Is transferiteorisi doa kanunlar zerine baz tanm ve zel kanunlar eklenerek oluturulur. Is transferi

problemleri analizinde konuya zel kanun kullanlr. Bu kanunlar;

Fourier Is letim Yasas, Newton Souma Kanunu, Stefan- Boltzmann Ima Kanunudur.

Bu kanunlar problemlerin uygulama alanna gre kullanldklarndan dolay zelkanunlardr.

Literatrde tr s transferi tanmlanr. Bunlar:

Kondksiyon (s iletimi) Konveksiyon (s tanm) Radyasyon (s nm)

1.6.1. Kondksiyon (Is letimi)

Farkl scaklklarda olan bir yzey ve hareketli bir akkan arasnda olan s transferisreci tanm(konveksiyon) terimi ile tanmlanr.

ekil 1.2: Dzlem duvardan s ak

Is iletimi ayn kat, sv veya gaz ortamndaki farkl blgeler arasnda veya dorudanfiziki temas durumunda bulunan farkl ortamlar arasndaki molekllerin dorudan temassonucunda oluan s geii ilemidir.

Yzey scaklklar T1 ve T2, kalnl L ve yzey alan A olan ekil 1.1deki duvardnelim. Is akm formlmz;


15/70

9

L

AQ TT 21. ..

olur. Burada;

.

Q = Is akm (Watt),

= Is iletim kat says (W/mK),A= Yzeysel alan (m2),T1ve T2= Yzey scaklklar (K)dr.

Burada; sabit orant kat saysdr, s iletim kat says olarak da adlandrlr. Bueitlik Fourier Is iletim Kanunu adn alr. Bu kanun ilk defa Fransz bilim adam JosephFourier tarafndan 1822 ylnda nerilmitir.

1.6.2. Konveksiyon (Is Tanm)

Bir yzey veya bir boru ierisinden akan akkann scakl yzey scaklndan farklise akkan hareketi sonucunda akkan ile yzey arasnda s transferi gerekleir. Bu stransferine konveksiyon (s tanm) denir.

ekil 1.3: Is tanm

Yzey scakl Ts ve yzey ile temasla bulunan akkann scakl T arasndaki sakm;

TTsAQ ...

ifadesi ile hesaplanr.

Bu ifade 1701 ylnda Newton tarafndan nerilmi olup literatrde Newton SoutmaKanunu olarak adlandrlr ve konveksiyonun (s tanmnn) zel kanunudur. s transferikat says olarak adlandrlr.Burada;


16/70

10

.

Q

= Is akm (Watt),A = Yzeyselalan (m), = Is transferi kat says (W/mK),Ts = Yzey scakl (K),T= Akkan scakl (K)dr.

1.6.3. Radyasyon (Is Inm)

Transfer ortam olmakszn yani elektromanyetik dalgalar hlinde meydana gelen stransferi mekanizmas radyasyon (s nm) olarak adlandrlr. Ima genelde btnmanyetik dalga olaylar iin kullanlr. Burada sz konusu olan bir cismin scaklndanmeydana gelen sl madr.

zerine den btn enerjiyi tamamen souran ideal cisimlere siyah cisim denir.Siyah cismin birim zamanda ma ile yaynlad enerji miktar;

ekil 1.4: Is nm

4241.

.. TTAQ ifadesinden hesaplanr. Bu ifade Stefan-Boltzmann Ima Kanunu

olarak bilinir. Burada;.

Q =Birim zamanda ma (Watt),

A= Yzey alan (m2),

T= Yzey scaklklar (K),= Stefan- Boltzmann sabiti (W/m2K4) dir.

Siyah cisim olarak adlandrlan ideal cisimlerin sl ma ile birim zamandayaynlad enerji miktar yukardaki eitlikten hesaplanr. Gerek cisimlerin yaynladklarenerji ayn scaklktaki ve ayn byklkteki siyah cismin yaynlad enerjiden daha azdr.Gri cisim olarak adlandrlan gerek cisimlerin ma ile birim zamanda, birim alandayaynladklar enerji,

4241.

... TTAQ ifadesinden hesaplanr.

Burada; yaynlama kat says olarak adlandrlr. 1 ile 0 arasnda deiir. Btngerek cisimler (gri cisimler) iin 1den kktr.


17/70

11

UYGULAMA FAALYETTermodinamik birimler ile ilgili verilen hesaplama ilemleriniyapnz.

lem Basamaklar neriler Suyun kaynama scakl 100 C olduuna gre bu

scakln Kelvin karln hesaplaynz. K =C+273,15formln kullanabilirsiniz.

Demlikteki 1,3 kg suyun scakln 30 Cden 60Cye karmak iin gerekli olan s miktarnhesaplaynz (Sabit basnta suyun zgl sscpsu= 4,184 kJ/kgK).

Scaklk deerlerini Kdereceye eviriniz.

T= T2 T1 Q = m . c . Tformln kullanabilirsiniz.

Arl 20 kg ve zgl hacmi 0,001 m3/kg olansuyun hacmini hesaplaynz. m

Vv

formlnkullanabilirsiniz.

Bir motorun bir silindirindeki kompresyon basnc850 kPa okunmutur. Okunan bu deerin mutlak

basn karl deerini hesaplaynz.

Pgsterge= Pmutlak - Patmformln kullanabilirsiniz.

Kalnl 0,01m, yzey alan A= 0,3m2ve siletim kat says 110 W/mK olan bir inko levhannyzey scaklklar srasyla T1=50 C veT2=30Cdir. Bu levhadan geen s akmn hesaplaynz.

L

AQ TT 21. ..

formln kullanabilirsiniz.

Scakl 120 C olan scak hava, 2 mlik bir plaka

zerinden kaymaktadr. Plakann yzey scakl40 Cdir. Plaka ile hava arasndaki s transfer katsays 40 W/mK ise s akmn hesaplaynz.

TTsAQ ..

.


UYGULAMA FAALYET


18/70

12

KONTROL LSTES

Bu faaliyet kapsamnda aada listelenen davranlardan kazandnz beceriler iinEvet, kazanamadnz beceriler iin Hayr kutucuuna (X) iareti koyarak kendinizideerlendiriniz.

Deerlendirme ltleri Evet Hayr

1Scaklk ve termometrelerle ilgili birim hesaplamalarn yappsonucunu K= 373,15 olarak hesaplayabildiniz mi?

2Is ve zgl s ile ilgili birim hesaplamalarn yapp sonucunuQ=163,17 kJ olarak hesaplayabildiniz mi?

3 Hacim ve zgl hacim ile ilgili birim hesaplamalarn yapp sonucunuV= 0,02 m3 olarak hesaplayabildiniz mi?

4Arlk ve zgl arlk ile ilgili birim hesaplamalarn yapp sonucunuPmutlak= 951,3 kPa olarak hesaplayabildiniz mi?

5Basn ve mutlak basn ile ilgili birim hesaplamalarn yappsonucunu Q = 44 kW olarak hesaplayabildiniz mi?

6Is transferi ile ilgili hesaplamalar yapp sonucunu Q = - 6,4 kWolarak hesaplayabildiniz mi?

DEERLENDRME

Deerlendirme sonunda Hayr eklindeki cevaplarnz bir daha gzden geiriniz.Kendinizi yeterli grmyorsanz renme faaliyetini tekrar ediniz. Btn cevaplarnzEvetise lme ve Deerlendirmeye geiniz.


19/70

13

LME VE DEERLENDRME

Aadaki sorular dikkatlice okuyunuz ve doru seenei iaretleyiniz.

1.

20 C scakln F karl aadakilerden hangisidir?A)

60 FB)

65 FC)

68 FD)

72 F

2.

12000 kg kapasiteli kapal havuz ierisindeki suyun scakln 5Cden 20 Cye

karmak iin verilmesi gereken s miktar aadakilerden hangisidir?(Sabit basntasuyun zgl ss cpsu=4,184 kJ/kgK)A)

60452 kJB)

120000 kJC)

404523 kJD)

753120 kJ

3.

Hacmi 25 mve zgl hacmi 1,543 m/kg olan metan gaznn arl aadakilerdenhangisidir?A)

16,2 kgB)

15,4 kg

C)

14,5 kgD)

13,2 kg

4.

Yer ekimi ivmesi 9,3 m/sn2 olan bir yerde 800N gelen bir kiiye, 3 m/sn2lik birivme kazandrabilmek iin gerekli olan kuvvet aadakilerden hangisidir?A)

240,56 NB)

258,06 NC)

262,36 ND)

265,54 N

5.

Bir motorun emme manifoldu vakumu 550 mmHg olduu vakummetre ile

lmnden anlalmtr. Bu llen deerin basn karl aadakilerdenhangisidir?A)

27,92 kPaB)

25,06 kPaC)

26,36 kPaD)

28,40 kPa

LME VE DEERLENDRME


20/70

14

6.

Is iletim kat says 204 W/mK olan alminyum levhann kalnl 0,02 m ve yzey

scaklklar 90C ve 40 Cdir. Levhadan geen s akm 51 kW olduuna grelevhann yzey alan aadakilerden hangisidir?A)

0,2 mB)

0,6 mC)

0,8 mD)

0,1 m

7.

80 C scaklndaki sv, yzey scakl 20C olan bir boru ierisinden akmaktadr.lgili borunun yzey alan 2,5 mve boru ile akkan arasndaki s transfer kat says75 W/mK olduuna gre s akmaadakilerden hangisidir?A)

8,45 kWB)

10,26 kWC)

11,25 kW

D)

12,75 kW

DEERLENDRME

Cevaplarnz cevap anahtaryla karlatrnz. Yanl cevap verdiiniz ya da cevapverirken tereddt ettiiniz sorularla ilgili konular faaliyete geri dnerek tekrarlaynz.Cevaplarnzn tm doru ise bir sonraki renme faaliyetine geiniz.


21/70

15

RENME FAALYET2

Bu faaliyetin sonunda uygun ortam salandnda termodinamiin I. ve II. Kanunu ileilgili hesaplamalar tekniine uygun, hatasz olarak yapabileceksiniz.

Enerji hakknda gerekli bilgileri toplaynz.

Enerjinin Korunumu Kanunu hakknda bilgi toplaynz.

Genel enerji denkleminde hangi ifadeler bulunur?




2. TERMODNAMN BRNC VE KNC

KANUNLARI2.1. Termodinamiin Birinci Kanunu

Termodinamiin I. Kanunu veya dier adyla Enerjinin Korunumu lkesi, enerjinindeiik biimleri arasndaki ilikileri ve genel olarak enerji etkileimlerini incelemek iinsalam bir temel oluturur.

Termodinamiin I. Kanunu deneysel gzlemlere dayanarak enerjinin var veya yokedilemeyeceini ancak bir biimden dierine dnebileceini vurgular. rnein yksekte

bulunan bir tan potansiyel enerjisi olduu ve dt zaman bu enerjinin bir blmnn

kinetik enerjiye dnt bilinir.

Termodinamiin I. Kanununda sistemden alnan ve verilen s, sistemde yaplan ieeittir.

Qevrim= Wevrim Bu eitlik Termodinamiin I. Kanununun matematiksel ifadesidir.

Sistemden alnan s, verilen s ve sistemde yaplan i toplam enerji miktarna eittir.Dolaysyla yukardaki eitlik;

Qevrim- Wevrim= E eklini alr. Burada E toplam enerjidir. Eitlik bir

sistemdeki balang (1) ve k (2) noktalar arasndaki ilem iin yazlacak olursaQ1,2 =E2 - E1+W1,2olur. Bu eitlikte Q1,2, 1 ve 2 noktalarndaki sisteme olan s transferini, E2 ve E1,

RENME FAALYET2

ARATIRMA

AMA


22/70

16

noktalarndakisistemin btn enerjilerini (i enerji U+ kinetik enerji KE + potansiyel

enerji PE) ve W1,2sistem tarafndan yaplan ii belirtir.Dolaysyla Termodinamiin I. Kanunu;

Q=U + (KE) + (PE) + Wdir.

Kinetik enerji, bir cismin hz nedeniyle sahip olduu enerjidir. lem srasndakikinetik enerji deiimi;

22

2

1

2

2

12

mcmcKEKE eitliiile hesaplanr.

Potansiyel enerji ise bir cismin bulunduu konum nedeniyle sahip olduu enerjidir.lem srasndaki potansiyel enerji deiimi;

PE2 - PE1 = m.g.z2 - m.g.z1eitlii ile hesaplanr.

Kinetik ve potansiyel enerji deerleri Termodinamiin I. Kanununda yerlerine

konulacak olursa 2,112

2

1

2

2122,1 ).(.

2

).(Wzzgm

ccmUUQ

eitlii elde edilir.

Potansiyel ve kinetik enerjilerde ihmal edilecek dzeyde deime olduundan deer,

Q1,2 = U2- U1 + W1,2eklini alr.

2.2. Termodinamiin kinci Kanunu

Termodinamiin I. Kanunu veya Enerjinin Korunumu Kanunu sistemle arasndaki i,s alverii ve sistemde depolanan enerji arasndaki ilikileri belirler. Denilebilir ki bir h ldeiiminin gerekleebilmesi iin birinci kanunun gereklemesi zorunlu fakat yeterlideildir. rnein duran bir fincan scak kahvenin ksa srede souduu herkes tarafndan

bilinir. Kahvenin kaybettii enerji, bulunduu ortamdaki havann kazand enerjiye eittir.Bu durum deiimi Termodinamiin I. Kanununa uygundur. imdi de bu hl deiiminintersini dnelimyani kahvenin evresindeki havadan ald enerji ile sndn dnelim.

Bu durum deiiminin gerekleemeyeceini biliyoruz.

Resim 2.1: Scak kahve souk havadan s alamaz.


23/70

17

Bir ynde gerekleebilen bir hl deiiklii ters ynde gereklemeyebilir. Bu

yetersizlikler Termodinamiin II. Kanunu ile giderilmitir.Termodinamiin II. Kanunu iki ekilde ifade edilir.

Termodinamiin II. Kanununun Kelvin Planck ifadesi, Periyodik olarakalan ve bir tek s kayna ile s al verii yaparak srekli olarak i reten birmakinenin yaplmas mmkn deildir. eklindedir (ekil 2.1). Bu ifadeyegre hibir s makinesinin sl verimi %100 olamaz.

ekil 2.1: kinci Kanunun Kelvin- Planck ifadesi

Termodinamiin II. Kanununun Clausius ifadesi ise evrede hibir etkibrakmakszn sy souk s kaynandan scak s kaynana ileten bir spompas (veya soutma makinesi) yapmak mmkn deildir. veya dier biranlatmla Is enerjisi kendiliinden souk ortamdan scak ortama doruakamaz. eklindedir. ekil 2.1de s enerjisinin alnd depoya scakkaynak,s enerjisinin verildii depoya da souk kaynakdenilmektedir.

Bir termodinamik evrime gre srekli olarak alan, scak s kaynandan s alpsouk s kaynana s terk ederken belirli bir miktarda net pozitif i yapan makineye smakinesi denir.

Wnet=Qsc-Qso forml ile bir s makinesinin net ii hesaplanr. Is

makinesinin sl verimi forml ile hesaplanr.

Is makinelerinin en ok bilinen ideal evrimi Carnot evrimidir. Carnot evriminde smakinesi yksek scaklk (Tsc)ve dk scaklk (Tso)arasnda alr. ekil 2.3te evrimgrlmektedir. Carnot evrimi, ikisi sabit scaklkta ve ikisi de izentropik drt tersinir hldeiiminden oluan tersinir bir evrimdir.


24/70

18

ekil 2.2: Is makinesi

Carnot ilkeleri

Ayn sl enerji depolar arasnda alan tersinir s makinelerininverimleri eittir.

Ayn sl enerji depolar arasnda alan tersinir s makinelerinden en

yksek verime tersinir makine sahiptir.Bu iki ilke termodinamiin scaklk leinin veya dier adyla Kelvin leinin

temelini oluturur. Tersinir bir makinenin ald ve verdii syla sl enerji depolarnnscaklklar arasnda u iliki vardr:

ekil 2.3: Carnot evrimi


25/70

19

so

s

so

s

T

T

Q

Q

dolaysyla tersinir bir makine iin

so

s

Q

Q oran,

so

s

T

Toran ile yer

deitirebilir. Burada Tscve Tsosl enerji depolarnn mutlak scaklklardr(Kelvin).

Tersinir Carnot evrimine gre alan s makinesi Carnot s makinesi diyeadlandrlr. Carnot s makinesinin sl verimi u bant ile hesaplanr:

s

so

T

T1

Termodinamiin II. Kanunu, entropi (S) olarak adlandrlan yeni bir zelliintanmlanmasna yol amtr. Entropi sistemdeki dzensizliin bir lsdr. Dzensizlik

arttka entropi de artar. Forml, II. Kanunun ortaya kard Clausius eitsizlii olarakbilinen ifade entropi deiimini vermektedir.

S T

Q eklinde ifade edilir.

Termodinamik hesaplamalarda dier durum zellikleri gibi entropiden defaydalanlmaktadr.


26/70

20

UYGULAMA FAALYETTermodinamiin I.ve II. Kanunu ile ilgili verilen hesaplama ilemlerini yapnz.

lem Basamaklar neriler Ktlesi 40kg olan 70 C scaklndaki 400

kg arlndakibir demir klesi,ierisinde 40 C scaklnda su bulunanyaltlm bir kaba konulmutur. Isl dengesalandnda scaklnka C olduunuhesaplaynz (csu=4,184 kJ/kgC ve cdemir=0,45 kJ/kgC).

U=Udemir + Usu= 0 eitliindenyararlanarak

0)(.).(. 1212 sudemir TTCmTTCm


Bir Carnot s makinesi 750 K scaklktakis kaynandan 500 kJ s ekmekte ve 310K scaklktaki souk kaynaa svermektedir. Bu makinenin sl verimini veverilen s miktarn hesaplaynz.

Isl verim iins

so

T

T1

Verilen s miktar iin so

s

Q

Q

so

s

T

T

formllerini kullanabilirsiniz.

Hl deiimi esnasnda 320 K scaklkta,havaya300 kJ s gemektedir. evreninentropi deiimini hesaplaynz.

T

QS

evre

evre

evre


UYGULAMA FAALYET


27/70

21

KONTROL LSTES



1

Termodinamiin I. Kanunu ile ilgili hesaplamalar yaparak sl dengesalandndaki scaklk deerini T2= 40,31 C olarakhesaplayabildiniz mi?

2

Isl verimi ve verilen s miktarn hesaplayarak sl verimi 58,0

verilen s miktarnise kJQso 6,206 olarak hesaplayabildiniz mi?

3Hl deiimi esnasnda evrenin entropi deiimini hesaplayarakS = 0,967 kJ/K olarak hesaplayabildiniz mi?

DEERLENDRME



28/70

22

LME VE DEERLENDRME


1.

Ktlesi 40 kg olan bir bavulu 1 m yukar kaldrmak iin yaplmas gereken i miktaraadakilerden hangisidir?A)

0,106 kJB)

0,203 kJC)

0,392 kJD)

4,563 kJ

2.

Sabit hacimde bir kaptaki scak sv soutulurken ayrca kartrlmaktadr. Svnn ienerjisi 700 kJdur. Svy kartrmak iin 80 kJ harcanmaktadr. Svnn son hldekii enerjisiaadakilerden hangisidir?A)

150 kJB)

320 kJC)

440 kJD)

500 kJ

3.

enerjisi 275 kJ/kg olan bir hava ktlesi kompresrde yksek scaklk ve basnaltnda sktrlarak i enerjisi 400 kJ/kg olmutur. Havann debisi 0,02kg/saattir.Potansiyel ve kinetik enerji deiimleri ihmal edilerek komprsr altrabilmek iin

gerekli olan gaadakilerden hangisidir?A)

4,8 kWB) 3,6 kWC)

3,1 kWD)

2,1 kW

4.

Bir s makinesinde gerekleen evrimde, sisteme dakikada 400 kJ s verilmekte vesistemden 200 kJ s atlmaktadr. Bu makinenin sl verimiaadakilerdenhangisidir?

A)

0,5B)

0,4

C)

0,3D)

2

LME VE DEERLENDRME


29/70

23

5.

50 kW gcndeki bir otomobil motorunun sl verimi %25tir. Motorun yakt

yaktn sl deeri 44000 kJ/kg olduuna gre motorun saatteki yakt sarfiyataadakilerden hangisidir?A)

15,5 kg/sa.B)

16,4 kg/sa.C)

17,8 kg/sa.D)

19,4 kg/sa.

6.

Bir durum deiiminde 350 K scaklndaki evre havasna700 kJ s gemektedir.evrenin entropi deiimiaadakilerden hangisidir?A)

1,35 kJ/KB)

1,95 kJ/KC)

2,33 kJ/KD)

2,85 kJ/K

DEERLENDRME

Cevaplarnz cevap anahtaryla karlatrnz. Yanl cevap verdiiniz ya da cevapverirken tereddt ettiiniz sorularla ilgili konular faaliyete geri dnerek tekrarlaynz.Cevaplarnzn tm doru ise bir sonraki renme faaliyetine geiniz.


30/70

24

RENME FAALYET3

Bu faaliyetin sonunda uygun ortam salandnda ideal gaz kanunlar ile ilgilihesaplamalar tekniine uygun, hatasz olarak yapabileceksiniz.

deal gaz hakknda bilgi toplaynz.

deal gaz kanunlar hakknda bilgi toplaynz.

Motor evrimleri hakknda bilgi toplaynz.

Su buhar mkemmel bir gaz saylabilir mi? Aratrarak deerlendiriniz.




3. DEAL GAZ VE DEAL GAZKANUNLARI17. yzyldan 19. yzyla kadar gazlarla ilgili yaplan aratrmalar sonucunda nemli

matematiksel ifadeler karlmtr. Bu ifadeleri srayla inceleyelim:

Avogadro Kanunu: Ayn basn ve scaklkta btn ideal gazlarn eithacimlerinde eit sayda molekl vardr. fadesini 1811 ylnda A. Avogadroortaya atm ve bu ifade Avogadro Kanunu olarak anlmtr. AvogadroKanununa gre normal artlar altnda 0 C ve 76 cmHg basn altnda 1 mol

gaz 6,02.10

23

adet molekl ierir.Avogadro Kanununun matematiksel modeli:

22

22

11

11

.

.

.

.

Tn

VP

Tn

VP P ve T sabit ise Avogadro Kanunu;

1

1

2

2

n

V

n

V

P= Basn (Pa)V= Hacim (m3)

T= Scaklk (C)n= Mol says (kmol)

RENME FAALYET3

ARATIRMA

AMA


31/70

25

Boyle- Mariotte Kanunu: Scakl sabit kalmak artyla kapal bir kaptaki

gazn basnc ile hacminin arpm daima sabittir. Bu ifade, scaklkta birdeime olmad zaman kapal bir kapta bulunan gazn hacmi byrsebasncnn da ayn lde kleceini, hacmi klrse basncnn yine aynoranda byyeceini gsterir. Bu durumda basn hacimle daima tersorantldr.

Scaklk sabit kalmak artyla kapal bir kaptaki gaz iin

P1. V1 = P2. V2= sabit

Charles- Gay Lussac Kanunu: Sabit basnta stlan bir gazn hacmiscaklkla doru orantl olarak deiir. Bu ifadeye Charles- Gay Lussac Kanunu

denir.

Sabitbasn iin P= sabit ise kanunun matematiksel ifadesi:2

2

1

1

T

V

T

V

Sabit hacim iin V= sabit ise kanunun matematiksel ifadesi:1

1

2

2

T

P

T

P

Dalton Kanunu: Bir gaz karmnn basnc, karm oluturan gazlarnkarm scaklnda olmalar ve ayr ayr toplam hacmi kaplamalar durumundasahip olacaklar basnlarn toplamna Dalton Kanunu denir. Bu kanuna grehacim ve scaklk sabit iin ( T, V= sabit).

Pkarm= P1+P2+..+Pi dir.

Amagat Kanunu: Bir gaz karmnn hacmi, karm oluturan gazlarnkarm scakl ve basncnda olmalar durumunda, ayr ayr kaplayacaklarhacimlerin toplamna Amagat Kanunudenir. Bu kanuna gre basn ve scaklksabit iin (T, P= sabit).

Vkarm=V1+V2+..+Vi dir.

deal Gaz Denklemi: Basit gaz yasalarndan yararlanlarak hacim, basn,scaklk ve gaz miktar gibi drt gaz deikenini ieren denkleme ideal gaz

denklemi denir. Boyle Yasas, basncn etkisini tanmlar: P = 1/V Charles Yasas, scaklk etkisini tanmlar: V = T Avagadro Yasas, gaz miktarnn etkisini tanmlar: V = n

Bu gaz yasalarna gre bir gazn hacmi, miktar ve scaklk ile doru orantl, basn ileters orantldr. Yani V = n.R.T/P dolaysylaideal gaz denklemi;

P.V = n.Ru.Tdir.

deal gaz denklemine uyanbir gaza, ideal veya mkemmel gaz denilmektedir.


32/70

26

deal gaz denkleminde tm gazlar iin niversal (evrensel) gaz sabiti deeri ideal

artlardaki birimlerden yararlanlarak bulunur.Ru= P.V/ n.T = 1 atm x 22,4140 litre / 1 mol x 273,15 K = 0,082057 litre atm/mol K

Ru= 8,3143 kJ/kmolK

R= Ru / Z

R = Gaz sabiti, kJ/kgKRu= niversal gaz sabiti, Ru= 8,3143 kJ/kmolKZ = Gazn mol ktlesi, kg/kmol

Dolaysyla gazn ktlesi m= n.Z olur ve ideal gaz denkleminde v= V/mdir. Birbakaekliyle ideal gaz denklemi P.V= m.R.T eklini alr.

3.1. Gazlarn Durum Deiiklikleri

Pistonlu motorlar, kompresrler vb. sistemlerin teorik evrimleri, temel termodinamikdurum deitirme ilemlerinden oluur. Bu makinelerin alma analizleri kapal sistemkabul ile yaplr. Kapal sistem de ktlenin sabit olduu, potansiyel ve kinetik enerjideiimlerinin olmadbir sistemdir. Yaygn olarak kullanlan durum deitirme ilemleriunlardr:

Sabit hacim

Sabit basn Sabit scaklk zoentropik Politropik

3.1.1. Sabit Hacim (zohor)

Termodinamik ilem esnasnda hacim deimiyorsa buna sabit hacim ilemi denir.Sabit hacimde s alverii olmakta, basn ve scaklk deimektedir.

V1=V2olduundan ekil 3.1deki 1 ve 2. durumiin ideal gaz denklemi,

1

1

2

2

T

P

T

P hlini alrki bu eitlik Gay Lussac Kanunu olarak bilinir. Sabit hacimde

yaplan iW1,2 = 0dr.


33/70

27

ekil 3.1: Sabit hacim ilemi P-V diyagram

Sabit hacimde sisteme verilen s, i enerjiye eittir: Q1,2 = U2- U1dir.

U2-U1 = m. cv.(T2-T1) olduundan Q1,2 = m. cv.(T2-T1) dir.

3.1.2. Sabit Basn (zobar)

Termodinamik ilem esnasnda basn deimiyorsa buna sabit basn ilemi denir.

Sisteme s verilirse gazn genlemesi ile piston yukar kacak ve basn deimeyecektir.

ekil 3.2: Sabit basn ilemi P-V diyagram


34/70

28

Burada P1 = P2 olduundanekildeki 1 ve 2 durumu iin ideal gaz denklemi2

2

1

1

T

V

T

V

olur.

Birim ktle iin zgl hacim ise 1

2

1

2

T

T

v

v

olur.

Sabit basnta yaplan i w1,2 = P1.(v2-v1) olur.

Birinci kanuna gre sabit basnta verilen s,

Q1,2=U2-U1+P.(v2-v1) ise Q1,2= (U2+Pv2) - (U1+P1v1) ve Q1,2 = h2-h1dir.

h2 - h1= cp.(T2-T1) ise s Q1,2= cp.(T2-T1) olur.

3.1.3. Sabit Scaklk (zoterm)

Termodinamik ilem esnasnda scaklk deimiyorsa buna sabit scaklk ilemi denir.deal gaz denklemine gre sabit scaklkda P1 . V1 = P2 . V2hlinialr. Bu forml Boyle-

Mariotte Kanunu olarak bilinir. Sabit hacimde yaplan i2

1

1

2

P

P

V

V olduundan

2

1112,1 ln.

P

PVPW olur. Birim ktle iin ise i

2

12,1 ln

P

PRTw olur.

ekil 3.3: Sabit scaklk ilemi P-V diyagram

Termodinamiin Birinci Kanunundan sabit scaklkta verilen s, scaklklar eitolduundan i miktarna eittir: Q1,2= W1,2

3.1.4. zoentropik

P. v k

= sabit bantsna uygun olarak deien s alverii olmayan ilemeizoentropik veya tersinir adyabatik ilem denir. Eitlikteki k ss, sabit basn ve sabit


35/70

29

hacimdeki zgl slarn orann ifade etmekte olup izoentropik veya adyabatik s olarak

adlandrlr. zoentropik ilem iinP1.v1 k

= P2.v2 k

eitlii yazlr. Sistemde gerekleen s,Q1,2 = 0 ve entropi, s2-s1 = 0dr. Yukardaki k ss sabit basntaki zgl snn sabithacimdeki zgl sya orandr.

v

p

c

ck dir. deal gaz denkleminde ise R= cp - cvidi.

zentropik ilem srasnda yaplan birim ktle iin i

k

TTRw

1

. 122,1 forml ile

hesaplanabilir.

ekil 3.4: zoentropik ilemin P-V diyagram

3.1.5. Politropik

P. vn = sabit bantsna uygun olarak deien ilemlere politropik ilem, n ss isepolitropik s olarak adlandrlr.

Politropik durum deitirme ilemi iinP1.v1n= P2. v2

n= P.v = sabit.

Politropik durum deitirme ileminde birim ktle iin i

n

TTRw

1

. 122,1 olur.

Politropik durum deitirme ilemi srasndaki s transferi:

Q1,2 = U2- U1 + W1,2= m .cv.(T2-T1) + W1,2olur ve birim ktle iin ayn forml,

Q1,2 = u2-u1 + w1,2= cv.(T2-T1) + w1,2eklini alr.


36/70

30

3.2. Motor evrimleri

Pistonlu motorlar ok geni bir uygulama alan olan nadir bululardan biridir.Otomobiller, kamyonlar, kk uaklar, gemiler ve baz santrallerde g retimindekullanlr.

Piston, silindir ierisinde belirli iki konum arasnda aa yukar hareket eder. Bukonumlar N (st l nokta) ve AN (alt l nokta) diye adlandrlr. Piston st lnoktada iken sinindir iindeki hacim en kk deerindedir, piston alt l noktada ikensilindir iindeki hacim en byk deerindedir. N ve AN arasndaki uzunluk, pistonun

bir ynde gidebilecei en uzun aralktrve motorun stroku olarak adlandrlr.

3.2.1. Otto (Sabit Hacim) evrimi

Otto evrimi buji ile atelemeli motorlar iin ideal bir evrimdir. Fransz bilim adamBeau de Rochas tarafndan nerilen evrimi kullanarak 1876da ilk drt zamanl motoru

baaryla gerekletiren Nikolaus August Ottonun adn tamaktadr. Buji ile atelemelimotorlarn ounda piston her termodinamik evrim iin silindir ierisinde drt strok yaparve krank mili 2 tam devir yapm olur.

Sktrma zamannda piston yukarya hareket ederek yakt-hava karmn sktrr.Piston Nya gelmeden nce buji tarafndan karm atelenir, yanma balar ve hzlailerler. Bu esnada basn ve scaklk artar. Yksek basnl gazlar pistonu aa doru iter vekrank milinin dnmesini salayarak i elde edilir. Bu zaman, i zaman veya ateleme

zaman olarak bilinir. zaman sonunda piston alt l noktadadr. Yanma sonucunda ortayakan enerji ile piston ANdan Nya kmaya balar ve yanma sonucunda oluan gazlaregzoz supabndan dar atar. Bu zamanda egzoz zamandr. Piston st konumdan aayainerken emme supab alr ve taze yakt-hava karm silindire emilir. Bu strok emmezamandr. Bu srada silindir ierisindeki basn atmosfer basncnn biraz altndadr.

ekil 3.5: deal Otto evrimi


37/70

31

Yukarda gerek alma prensibi anlatlan Otto evriminin termodinamik hesaplarn

yapmak kolay deildir. Fakat hava standard kabulleri yapldnda zmlemeler nemlilde kolaylaacaktr. Bu kabullerle yaplan ideal evrim gerek alma koullarnayaklaacaktr. deal bir Otto evrimi drt tersinir hldeiiminden oluur:

12 izoentropik sktrma 23 sabit hacimde (v=sabit) s geii 34 izoentropik genileme 41 evrimden sabit hacimde(v=sabit) kan s geii

ekil 3.6: deal Otto evrimi P-v ve T-s diyagramlarOtto evrimi kapal sistemde gerekleir. Birim ktle iin Termodinamiin I. Kanunu:

q - w = u (kj/kg)

Is geiinin olduu hldeiimi srasnda i olmaz nk her iki hldeiimi sabithacimde gerekleir.

qgiren = q2,3 = u3-u2 = cv.(T3-T2) ve

qkan= -q4,1= -(u1-u4) = cv.(T4-T1) Bu durum da otto evriminin verimi,

1/

1/111

232

141

23

14

TTT

TTT

TT

TT

q

q

q

w

g

g

netotto eklini alr. 1-2 ve 2-3

durum deiimleri izoentropik ve v2=v3, v4=v1olduuna gre

3

4

1

4

3

1

1

2

2

1

T

T

v

v

v

v

T

Tkk

olur. Isl verim denkleminde yerlerine konur ve

denklem sadeletirilirse

1

11

kotto r elde edilir ve burada

2

1

2

1

v

v

V

Vr sktrma oran, k ise zgl slarn

orandr (k= cp / cv).


38/70

32

deal Otto evriminin sl verimi, sktrma oran ve zgl slarn oran ykseldike

artar. Gerek evrim verimi daima ideal verimden daha dk olur. Bunun nedeni srtnme ,eksik yanma vb. tersinmezliklerdir.

Benzinli motorlarda sktrma oran yaklak r= 12ye kadardr. Oda scaklnda kdeeri hava iin 1,4tr. Karbondioksit iin 1,3 ve etan iin 1,2dir. Buji ile atelemelimotorlarn sl verimleri %25-30 arasndadr.

rnek:deal bir Otto evrimi ile ilgili olarak verilen aadaki deerlere grea) evrimin P-v ve T-s diyagramlarn iziniz.

b) Motorun sktrma orann (r), evrimin net iini, evrimin sl veriminihesaplaynz.

P1=100 kPa

T1=290 KP2=1300 kPa

P4=200 kPa(cv=0,717 kJ/kgK, R=0,287 kJ/kgK, k=1,4)

zm:P- V ve T- s diyagramlar

1. hl; P1.V1=R.T1 kgmV

P

TRV /83,0

100

290.287,0. 31

1

11 olur.

2. hl; sktrma oran 24,6100

1300 4,1/1/1

1

2

1

2

r

P

Prr

P

P k

k

2. durumdaki hacim;

kgmVr

VV

V

Vr /13,0

24,6

83,0 32

12

2

1 olur. Bu durumdaki scaklk;

KTR

VPTTRVP 589

287,0

13,0.1300... 2

222222

3. hl; V3 = V2 = 0,13 m3/kgdr.


39/70

33

kPaPrPPr

P

P kk 259624,6.200. 34,1

43

4

3 olur.

KTP

PTT 2,1176

1300

2596.589. 3

2

323

4. hl; V4 = V1 = 0,83 m3/kg

KTR

VPT 4,578

287,0

83,0.200.4

444

Net i, wnet= qg - q formlnden

kgkJqTTcq gvg /1,421)5892,1176.(717,0).( 23 olur.

kgkJqTTcq v /288)290578.(717,0).( 14 olur. Dolaysyla net i,

wnet = qg-q = 421,1288 = 133,1 kJ/kg

Isl verim,

32%32,01,421

1,133

g

netotto

q

w olarak hesaplanr.

3.2.2. Dizel (Sabit Basn) evrimi

Dizel motorlar 1890 ylnda Rudolph Diesel tarafndan gelitirilmitir. Benzinlimotorlara benzer sadece yanmann balatlmas farkldr. Dizel motorlarda hava, yksekscaklkta sktrlr ve pskrtlen dizel yakt ile scak havann temas sonucunda yanma

balar. Dizel motorlarnda sadecehava sktrldndan sktrma oranlar daha yksektir.ounlukla 12 ile 24 arasndadr.

Dizel motorlarnda yakt pskrtmesi, piston Nya gelmeden nce balar ve istrokunun ilk blmlerine kadar devam eder. Yanma bundan dolay daha uzundur ve d izelevriminde yanma ilemi, sisteme sabit basnta s verildii eklinde dnlebilir. Bu

durum deiimi Otto ve Dizel evrimler arasndaki tek farkl durum deiimidir. 12 izoentropik sktrma, 3-4 izoentropik genileme, 4-1 sistemden evreye sabit hacimde s geiidir.


40/70

34

ekil 3.7: deal dizel evrimi P-v ve T-s diyagramlar

Dizel evrimi iinde kapal sistem uygulamas olarak dnlebilir. Bundan dolaykapal sistem iin karlan denklemler kullanlr. Souk hava standartlar kabul ile (odascaklnda sabit zgl slar), sisteme sabit basnta verilen s ve sistemden sabit hacimdeatlan s,

qgiren= q2,3 = w2,3+ (u)2,3 = P2.(v3-v2) + (u3-u2) = h3-h2 = cp.(T3-T2) ve

qkan= -q4,1= -w4,1 - (u)4,1ve i sfr olduundan

qkan= -q4,1= 0 - (u1-u4) = u4-u1 = cv.(T4-T1) dolaysylabu denklemlerle dizel evrimisl verimi,

1/..

1/.1

.11

232

141

23

14

TTTk

TTT

TTk

TT

q

q

q

w

g

g

netdizel dir.

Sabit basnta genileme oran, yani silindir hacminin yanma ileminden nce vesonraki deerleri orandr.

2

3

2

3

v

v

V

V dolays ile bu deerden faydalanarak yukarda verilen dizel evrimi

sadeletirilirse dizel evrimi sl verimi,

)1.(

111

1

kr

k

kDizel olur.

Genileme oran en kk =1dir. Dizel motorlarnn verimi %35-40 arasndadr.


41/70

35

3.2.3. Karma evrim

Yanma olaynn bir ksm sabit basnta bir ksm sabit hacimde gerekleir. Gnmzyksek devirli dizel motorlarnda kullanlan evrimler bu evrime gre alr.

ekil 3.8: deal karma evrimi P-v ve T-s diyagramlar

Sktrma ii: -w1,2 = u2-u1= cv.(T2-T1) veya -w1,2= R.(T2-T1)/1-k

Sabit hacimde verilen s: q2,3= u3-u2 = cv. (T3-T2)

Sabit hacimde basn art oran:2

3

2

3

T

T

P

P

Sabit basnta verilen s: q2,3 = h4-h3 = cp.(T4-T3)Sisteme verilen s ise qgiran = q3,4 + q2,3ise qgiren= (u3-u2) + (h4-h3) ise

qgiren= cv.(T3-T2) + cp.(T4-T3) forml ile hesaplanr.

Sabit basnta n genileme oran,

3

4

3

4

T

T

v

v olur ve izoentropik genileme ii ise w4,5= u4-u5 = cv (T4-T5) veya

w4,5 = R.(T4-T5) /1-k olur.

Sistemden atlan s ise -qkan= q1,5 = u5-u1 = cv.(T5-T1) olur ve net i,

Wnet = -w3,4 + w4,5 - |w1,2| veya wnet = qgiren- |qkan| eitlii ile bulunur. Isl verimi ise

giren

giren

net

giren

netkarma

q

q

q

q

q

w 1 Scaklklarcinsinden yazlrsa

)()(

)(1

3423

15

TTcTTc

TTc

pv

vkarma

pay ve paydalar cvye blnrse ve T1/T2

parantezine alrsak


42/70

36

2

3

2

4

2

3

1

5

2

1

1

1

1

T

T

T

Tk

T

T

T

T

T

Tkarma forml ile karma evrimin sl verimi,

)1()1(

111

1

kr

k

kkarmaolur. Karma evrim verimi dier iki evrim

arasndadr.

3.3. Brayton evrimi

Brayton 1873 ylnda ya yakt ile almak zere sabit basnta yanma, genilemegibi zelliklere sahip bir motor gelitirmitir. Brayton evrimi gnmz gaz trbinlerininteorik evrimi olarak kullanlmaktadr. Termodinamik olarak s makinesi evrimidir. Sistemierisinde dolaanbasnc drlm scak gazlar evrim de sabit basnta soutularaktekrar 1. duruma getirilir ve 4 ile 1 arasnda bir soutucu vardr. Bu tip sistemler kapalsistemlerdir. Bir dieri ise ak sistemlerdir. Ak sistemler aada ekil 3.9dagrlmektedir. En basit evrimdir.

ekil 3.9: Ak sisteme gre alan gaz trbini

Basit bir gaz trbini, ortak bir mile monte edilmi olan kompresr, trbin, yanmaodas, ilk hareket dzeni ve k gcnn iletilmesi iin kullanlan balantlardan olu ur.Kompresr 1 numaral noktadan atmosferik havay alp 2 noktasndaki basnca kadarykselterek yanma odasna gnderir. Yanma odasnda hava ierisine pskrtlen yaktnyanmas sabit basnta ve srekli olmaktadr. Yanma rn 3 numaral ksmdan trbinegirdikten sonra burada genileyerek trbin kanatklarna arpp i retir. Daha sonra trbiniterk eden gazlar 4 noktasndan atmosfere atlr.


43/70

37

ekil 3.10: deal Brayton evrimi P-v ve T-s diyagramlar

Brayton evriminde iki izoentropik durum deitirme ve iki de sabit basnta durumdeitirme sreci bulunur. Brayton evriminin sl verimi,

g

g

g

netB

q

q

q

qq

q

W

1 dir veya

)(

)(1

23

14

TTc

TTc

p

p

B

olur.

2

11T

T

B Bu formle gre evrimin verimi k scaklna (T2)baldr.

k

kB

P

P1

1

2

11

eklinde de ifade edilebilir. Bu formle gre ise evrimin sl

verimi komple sktrma oranna baldr.

1-2 noktasnda izoentropik ilem boyunca kompresrn ii,

-wkom= -w1,2 = h2-h1

Yanma odasnda verilen s,qgiren = q2,3 = h3-h2

3-4 noktalar arasnda trbin ii,

wtrbin= w3,4 = h3-h4Darya atlan s,

qk= -q4,1 = h4-h1olur.

Pozitif trbin ii ile negatif kompresr ii arasndaki fark net ii, sisteme verilen s ilesistemden alnan s arasndaki fark ise net sy verir.


44/70

38

wnet = (h3-h4) - (h2-h1)

qnet = (h3-h2) - (h4-h1)

wnet = qnet ve evrimin sl verimi,

g

net

g

netB

q

q

q

w veya

23

141hh

hhB

olur.

rnein; Basit ideal Brayton evrimine gre alan bir motorun sktrma oranP2/P1=10, kompresr giriinde havann scakl 288 K, evrimin maksimum scaklT3=1300 K olduuna gre hava iin verilen deerler dorultusunda (Cp=1,0035kJ/kgK,k=1,4)

a) evrimin net iini, evrimin verimini hesaplaynz.

KTTTP

P

T

T

T

T kk

8,55593,1.28893,1.93,110 2124,1

4,01

1

2

4

3

1

2

KTT

T 5,67393,1

1300

93,1 4

34 olur. Net i trbin ve kompresr ilerine bal

olduundan

kgkJwTTchhw kpk /7,268)8,555288.(0035,1).( 2121

Kompresre bir hareket verebilmek iin i harcandndan sonu negatiftir. Trbin ii,

kgkJwTTchhw tpt /6,628)5,6731300.(0035,1).( 4343 olur ve

net i,

wnet= wt + wk = 628,6 + (-268,7) ise wnet=359,9 kJ/kg olur.

evrimin verimi ise

48%48,0

93,0

11

11

1

1

2

brayton

k

kbrayton

PP

bulunmu olur.


45/70

39

UYGULAMA FAALYETdeal gaz kanunlar ile ilgili verilen hesaplama ilemlerini yapnz.

lem Basamaklar neriler Scakl 500 K, hacmi ise 15 m3olan bir

gaz, sabit basnta 700 K scakla kadarstlmaktadr. Gazn son hacminihesaplaynz.

2

2

1

1

T

V

T

V


700 kPa basnl bir ortamda 30m3gaztoplanmtr. Bu gazn scaklnnve

miktarnnayn kalmas koulu ile 800kPalk bir basnta kaplayaca hacmihesaplaynz.

P1. V1 = P2. V2


lleri 4 m, 4,5 m ve 5 m olan bir odaydolduran 150 kPa basn ve 20 Cscaklktaki havann ktlesini (m)hesaplaynz (Havann gaz sabiti R=0,287kPam3/kgK).

T= C+K V= a.b.h P.V= m.R.T


Bir otomobil lastii iirildiinde gstergebasncnn 35 C de 130 kPa olduu

grlyor. Hacmin sabit olduu varsaylarakscaklk 20Cye drlrse (cv = 0,717kJ/kgK) a) Is kaybn,b) 20 Cye gregsterge basncn hesaplaynz.

Scaklk deerlerini Kelvin cinsineeviriniz.

Q1,2= cv.(T2-T1)

1

212 .T

TPP

Pgsterge= Pmutlak - Patmformllerini kullanabilirsiniz.

Srtnmeleri ve szdrmalar yok saylan birpiston silindir dzeneinde 300kPa basntabulunan 213 K scaklktaki 1 kg hava,izentropik olarak 623 Kscakla kadarsktrldna gre bu ilem esnasndayaplan ii hesaplaynz(Hava iin R= 0,287kJ/ kg K, k=1,4).

k

TTRw

112

2,1


UYGULAMA FAALYET


46/70

40

KONTROL LSTES



1deal gaz kanunlar ile ilgili hesaplamalar yaparak gazn son hacminiV2= 21 m

3 olarak hesaplayabildiniz mi?

2Gazlarn durum deiiklikleri ile ilgili hesaplamalar yaparak gaznkaplayaca hacmi V2= 26,25 m

3 olarak hesaplayabildiniz mi?

3 Havann ktlesini m= 160,54 kg olarak hesaplayabildiniz mi?

4Is kaybn Q1,2=10,75 kJ/kg, gsterge basncn Pgsterge= 118,74 kPaolarak hesaplayabildiniz mi?

5 Yaplan ii kgkJw /2,2942,1 olarak hesaplayabildiniz mi?

DEERLENDRME



47/70

41

LME VE DEERLENDRME

1.

Bir miktar helyum gaz bir balona 308 Kde doldurulduunda balonun hacmi 25 m3oluyor. Basncn sabit olduu bu ortamda scaklk 290 K olduunda balonun hacmiaadakilerden hangisidir?A)

21,25 m3B)

22,40 m3

C)

23,54 m3D)

24,35 m3

2.

Miktar sabit bir gazn sabit bir hacimde scakl 25 Cden 50 Cye karldnda

basnc ilk basnca gre deiimi aadakilerden hangisidir?A)

ki kat artar.B)

Bir kat artar.

C)

Yarya der.D) Deimez.

3.

Bir ideal gaz karmnn 500 kPa basn ve 40 C scaklktaki hacmi 1,5 m3tr.Karmn mol miktar aadakilerden hangisidir?(Ru=8,3143 kJ/kmol K)A)

0,023 kmolB)

0,288 kmolC)

0,476 kmol

D)

0,789 kmol

4. Hacmi 1,5 m3 olan CO2 gaz sabit basnta 1400 K scaklktan 1900 K scaklakadar stlmaktadr. Sistem verilen s (q1,2) aadakilerden hangisidir? (Cp=0,8418kJ/kgK)A)

226 kJ/kg

B)

342 kJ/kgC)

394 kJ/kgD)

421 kJ/kg

5.

Bir piston silindir dzeneinde 200 kPa basn, 303 K scaklk ve 0,5 m3

karbonmonoksit (CO) bulunan sistemin basnc 900 kPaya ve scakl 800 Kekadar arttrlmaktadr. Sktrma esnasnda verilen i 30 kJ olduuna gre evreyeolan s transferiaadakilerden hangisidir?(CO iin cv= 0,7445kJ/kgK, R= 0,29683)A) 324 kJB)

412 kJC)

548 kJD)

642 kJ

LME VE DEERLENDRME


48/70

42

6.

deal bir Otto evriminde P1=100 kPa, T1=290 K, P2=1300 kPa, P4=200 kPa

k=1,4 olduuna gre bu motorda sktrma oran (r) aadakilerdenhangisidir?

A)

6,24B)

4,12C)

5,48D)

8,42

7.

deal bir Otto evriminde, net i wnet=133,1 kJ/kg ve giren s miktarqg = 421,1 kJ/kgolduuna grebu evrimin sl verimi ( otto ) aadakilerden hangisidir?

A)

% 39

B)

% 48C)

% 32D)

% 62

8.

deal bir dizel evriminde P1=100 kPa, T1=350 K, r = 20, =2 olduuna greevrimin sl verimi aadakilerden hangisidir?(k=1,4)A)

% 55B)

% 80C)

% 70D)

% 65

9 ve 10. sorular aada verilen deerleri kullanarak znz.Brayton evrimine gre alan bir makinede kompresr giriinde havann scakl

T1=300 K, kompresr n sktrma oran P2/P1= 6, evrimin max scakl T3=1200 Kdir.(cp=1,0035kJ/kgK, k=1,4)

9.

Brayton evriminin net iiaadakilerden hangisidir?A)

278,71 kj/kgB)

325,43 kj/kgC)

482,48 kj/kgD)

542,63 kj/kg

10.

Brayton evriminin verimi aadakilerden hangisidir?A)

% 30B)

% 40C)

% 50

D)

% 60

DEERLENDRME

Cevaplarnz cevap anahtaryla karlatrnz. Yanl cevap verdiiniz ya da cevapverirken tereddt ettiiniz sorularla ilgili konular faaliyete geri dnerek tekrarlaynz.

Cevaplarnzn tm doru ise bir sonraki renme faaliyetine geiniz.


49/70

43

RENME FAALYET4Bu faaliyetin sonunda uygun ortam salandnda soutucular ve s pompalar ile

ilgili hesaplamalar tekniine uygun, hatasz olarak yapabileceksiniz.

Buzdolab veya bir klimann alma eklini aratrnz.

Is kendiliinden dk scaklktaki bir ortamdan daha yksek scaklktaki bir

ortama akabilir mi? Aratrnz.

Otomobillerin ierisi yaz aylarnda nasl serinletilir? Aratrnz.




4. SOUTUCULAR VE ISI POMPALARITermodinamiin nemli uygulama alanlarndan biri de soutmadr. Soutma, soutma

makineleri veya s pompalar ile gerekleir. Soutmada kullanlan evrimler ise soutmaevrimleridir. Soutma, dk scaklktaki bir ortamdan, yksek scaklktaki bir ortama sgeiidir. Isnn, scakl dk bir ortamdan ekilerek scakl daha yksek bir ortama

pompalamak iin kullanlan makinelere soutma makinesi, scakl yksek bir ortamdanscakl daha dkbir ortama pompalamak iin kullanlan makinelere de s pompas denir.Her ikisi de ayn evrime gre alr.

Soutma evriminde kullanlan alma maddesine soutucu akkan denir. Enyaygn olarak kullanlan soutma evrimi buhar sktrmal soutma evrimidir. Bu

evrimde arac akkan dnml olarak buharlar, youur ve buhar fazndaykensktrlr. En ok kullanlan soutucu akkanlar; Freon (Kloroflorokarbon), Freon-11 (R-11), R-12, R-22, R-134a ve R-502 gibi gazlardr.

Bir soutma makinesi veya s pompasnn sl deerlendirmesi tesir kat says(etkinlik kat says) ile yaplr.

Bu modl ierisinde soutma makinesi iin soutma tesir kat says ksaca ve spompas iin stma tesir kat says ksaca ' ile gsterilir.

Wnet= -Qsc+ Qso forml ile bir s pompas ve soutma makinesinin net iihesaplanr(ekil 4.1).

RENME FAALYET4

ARATIRMA

AMA


50/70

44

ekil 4.1: Soutma evrimi uygulamas

Soutma makinesi ve s pompalar iin etkinlik kat saylar,

sos

so

net

so

QQ

Q

W

Q

ve sos

s

net

s

QQ

Q

W

Q

'

eitlikleri ile hesaplanr.

Modlmzn ikinci faaliyetinde s makinesi iin Carnot evrimi kullanlmtnk

verilen scaklklar arasnda en yksek sl verime sahip bir evrimdi.Carnot evrimi tersinir bir evrim olduundan hl deiimleri ters ynde de olabilir.

Bu da s ve i etkileimlerinin ynlerinin deimesi anlamna gelir. Sonu olarak bu evrimede ters Carnot evrimi denir.

Ters Carnot evrimine gre alan bir soutma makinesi ve s pompasnn etkinlikkat saylar,

1

1

so

s

T

T

ve s

so

T

T

1

1'

olur.

Carnot evrimi soutma evrimleri iin ideal bir model olamamtr nk evrimdeiki fazl akkan ile alan kompresr gerektirir. Dolaysyla Carnot evrimi uygulamadagerekleememitir.

4.1. Buhar Sktrmal Soutma evrimi

Carnot evrimindeki glkler buhar sktrmal soutma evrimi ile almtr. Buharsktrmal evrim soutma makinelerinde, iklimlendirme sistemlerinde ve s pompalarndaen ok kullanlan evrimdir. ekil 4.2desoutma ve stma evrimleri sisteminin almasiin evrimdeki hareketin ters ynde olduu grlmektedir.


51/70

45

ekil 4.2: Buhar sktrmal soutma evrimi emas

Bu evrimde kullanlan elemanlarunlardr:

Evaporatr (buharlatrc): Soutucu akkan, evaporatrden geerkensoutulacak ortamn veya maddenin ssn ekerek buharlatrr ve kompresregnderir.

Kompresr: Soutucu akkan evaporatrde buharlatktan sonra kompresrtarafndan basnc ve scakl artrlarak kondensere baslr.

Kondenser (youturucu): Soutma sisteminde basnc ve scakl yksekolan soutucu akkann ssnn d ortama atld s deitiricisidir.

Genleme valfi: Evaporatrde sabit basn salamak zere tasarlanmtr.

Bu evrimde hldeiiklikleri:

12 kompresrde izoentropik sktrma

23 youturucuda evreye sabit basnta s geii 34 genileme basncnndmesi 41 buharlatrcda akkana sabit basnta s geiiekil 4.3te soutma evrimi T-s diyagram grlmektedir.


52/70

46

ekil 4.3: Buhar sktrmal soutma evriminin T-s diyagram

Soutma evriminde iinde srekli akn olduu elemanlar yer alr. Dolaysylaevrimi oluturan drt hl deiimi de srekli akl ak sistemdir. Soutucu akkannkinetik ve potansiyel enerjileri i ve s miktarna gre ihmal edilebilir. Buna gre evrim

iin Termodinamiin I. Kanunu yazlrsa ggg hwhq

eitlii elde edilir.

Kompresr iin: 12 hhwC Kondenser iin: qk= h3 - h2Genleme valf iin: h4 = h3Evaporatr iin: qE = h1 - h4

Bu eitliklere gre evrime gre soutma tesir kat says iin 12

41

hh

hh

w

q

net

so

eitlii elde edilir.

Istma tesir kat says iin 12

32'

hh

hh

w

q

net

s

eitlii elde edilmi olur.

Buhar sktrmal ideal soutma evrimleri ile ilgili hesaplamalar yaplrken soutucuakkann verilen artlara gre hl deiimlerindeki entalpileri, entropileri, i enerji deerleriilgili akkana ait tablolardan elde edilir.


53/70

47

UYGULAMA FAALYETSoutucular ve s pompalar ile ilgili verilen hesaplama ilemlerini yapnz.

lem Basamaklar neriler Bir evi stmak iin s pompas

kullanlmaktadr. D scakln -2 0C olduubir zamanda evin s kayb 80000kJ/saattir.Evin i scakl 20 0Cdir. Is pompasnnetkinlik kat says bu koullarda 2,5 ises

pompasnn tkettii gc hesaplaynz.

net

so

W

Q


Bir buzdolabnn i ortamndan dakikada 360kJ s ekilerek i ortamscakl 4 0Cdetutulmaktadr. Buzdolabn altrmak iingerekli g 2 kW olduuna gre

buzdolabnn soutma tesir kat saysnvebuzdolabndan mutfaa olan s geiinihesaplaynz.

net

so

WQ

Qso=Qsc-Wnet


deal soutma evriminde kompresre -30Cda giren doymu Freon12, 800 kPa

basnca kadar izoentropik sktrlarakkondenserde sabit scaklkta youturulmakta

ve ardndan genleme valfinden geerekevaporatre gitmektedir.Akkann debisi0,07 kg/sn. olduuna greevrimin soutmatesir kat saysn hesaplaynz.

-30 0Cdeki doymu soutucuakkan Freon-12 scaklktablolarndanP1=100,41kPa,h1=174,20 kJ/kgK, s1=0,7170 kJ/kg

s2=s1olduundan P2=800 kPadas2= 0,7170 kJ/kgK iin kzgnFreon-12 tablolarndan yaklakolarak T40 C ve h2=206,07 kJ/kg

bulunur. P3=800 kPadaki doymusvnn scakl ve entalpisi;T3=32,74

0C, h3=67,30 kJ/kg olur.Genleme srecinde entalpi sabitolduundan h4=h3=67,30 kJ/kgolduunu kontrol ediniz.

12

41

hh

hh

w

q

C

so


Evaporatrden birim zamanda ekilen syhesaplaynz.

q4,1= h1 - h4

1,4.qmQso


UYGULAMA FAALYET


54/70

48

KONTROL LSTES

Bu faaliyet kapsamnda aada listelenen davranlardankazandnz beceriler iinEvet, kazanamadnz beceriler iin Hayr kutucuuna (X) iareti koyarak kendinizideerlendiriniz.


1Is pompasnn tkettii gc saatkJkWWnet /320009,8 olarak

hesaplayabildiniz mi?

2

Buzdolabnn soutma tesir kat says 3 ve buzdolabndanmutfaa olan s geiini Qso= 48000 kJ/saat olarak hesaplayabildiniz

mi?3 Soutucu akkan tablolarna gerekli kaynaklardan ulaabildiniz mi?

4deal soutma evrimininsoutma tesir kat saysn 35,3 olarakhesaplayabildiniz mi?

5Evaporatrden birim zamanda ekilen sy kWQso 48,7

olarak

hesaplayabildiniz mi?

DEERLENDRME



55/70

49

LME VE DEERLENDRMEAadaki sorular dikkatlice okuyunuz ve doru seenei iaretleyiniz.

1.

450 watt gcnde ve soutma tesir kat says 2,5 olan bir buzdolab her biri 10 kgarlnda olan 5 karpuzu 8 C scakla kadar soutacaktr. Karpuzlarn balangtakiscakl 20 C olduuna gre istenen scakla ne kadar zamanda getirilebilir?(Karpuzun zgl ss suyun zgl ssnaeit alnabilir. csu= 4,2 kJ/kgC).A)

1200 sn.B)

1670 sn.C)

2050 sn.D)

2240 sn.

2.

Bir evi stmak iin s pompas kullanlmaktadr. Evin ii srekli olarak 21Cscaklkta tutulmaktadr. Dardaki scaklk -5 C iken evin s kayb 135000kJ/saattir. Verilen artlarda s pompasn altrmak iin gerekli olan gaadakilerden hangisidir?A)

3,32 kWB)

3,40 kWC)

3,02 kWD)

4,42 kW

3.

Carnot soutma evrimine gre kompresre -15 Cde giren Freon-12 akkan

25Cye kadar izoentropik olarak sktrldktan sonra kondenserde youturulmaktave genleme valfinden geerek evaporatre gitmektedir. evrimin soutma tesir katsaysnedir?A)

4,23B)

6,70C)

6,45D)

5,45

4.

Isnn scakl dk bir ortamdan ekilerek scakl daha yksek bir ortamapompanlamasiin kullanlan makineaadakilerden hangisidir?A)

Is pompas

B)

KompresrC)

Soutma makinesiD)

Is makinesi

5.

Aadakilerden hangisi buhar sktrmal soutma evriminde kullanlanelemanlardan biri deildir?A)

Genleme valfiB)

TrbinC)

EvaporatrD)

Kondenser

LME VE DEERLENDRME


56/70

50

6 ve 7. sorular aada verilen bilgi ve verilerden yararlanarak dorultusunda

znz.deal buhar sktrmal evrime gre alan bir soutma makinesinde soutucu

akkan olarak Freon12 kullanlmaktadr. Sistemde buharlatrc basnc 0,14 MPa,youturucu basnc 0,8 MPa, soutucu akkann ktle debisi 0,05 kg/saattir.

6.

Soutulan ortamdan ekilen saadakilerden hangisidir?A)

5,53 kWB)

6,12 kWC)

6,78 kW

D)

7,25 kW

7.

Soutma makinesinin tesir kat saysaadakilerden hangisidir?A)

1,4B)

2,5C)

2,8D)

3,6

DEERLENDRME

Cevaplarnz cevap anahtaryla karlatrnz. Yanl cevap verdiiniz ya da cevapverirken tereddt ettiiniz sorularla ilgili konular faaliyete geri dnerek tekrarlaynz.

Cevaplarnzn tm doru ise bir sonraki renme faaliyetinegeiniz.


57/70

51

RENME FAALYET5

Bu faaliyetin sonunda uygun ortam salandnda buharlama ile ilgili hesaplamalartekniine uygun, hatasz olarak yapabileceksiniz.

Saf madde ve saf madde fazlar ile ilgili bilgi toplaynz.

Buharlama ile ilgili bilgi toplaynz.

Kolonya dklen elin serinlemesi, karpuzun kesilip gnee brakldnda daha

souk olmas, toprak testide suyun uzun sre souk kalmas vb. olaylarn

nedenlerini aratrnz.




5. BUHARLAMASv fazdaki molekller arasnda bir ekim kuvveti vardr. Dardan yeterli miktarda

enerji verilmek suretiyle sv fazdaki molekller aras ekim kuvvetleri zayflar ve bumolekller buhar fazna geer. Bu olayabuharlamadenir.

Kimyasal yaps her noktasnda ayn ve deimeyen maddelere saf madde denir. Su,azot, helyum, karbondioksit birer saf maddedir.

ekil 5.1: Saf ve saf olmayan madde

RENME FAALYET5

ARATIRMA

AMA


58/70

52

ekil 5.1de saf ve saf olmayan maddelere ilikin karm rnekleri verilmitir.

Maddeler deiik scaklklarda kat, sv ve gaz olmak zere fazda bulunur.Kapal bir kapta bulunan suyu sabit basnta stma ilemine tabi tutarsak

zelliklerdeki deimeyi ekil 5.2deki T-v diyagramndan grebiliriz. Dardan sverildiinde suyun scakl ve daha sonra azda olsa zgl hacmi artar. Bu, buhar retimi

balayncaya kadar devam eder. Buhar retimi baladnda (s) scaklk art durur. zglhacim artar ve verilen s buhar retimine gider. Svnn tamam buhar oluncaya kadarscaklk sabit kalr (b). Is verilmeye devam ederse scaklk tekrar ykselir.

ekil 5.2: Sabit basnta stma ilemi

Sahip olduu basnca gre tam buharlamaya hazr olan svya (s) doymu sv,buharlamann henz tamamland andaki buhara (b) doymu buhar, ayn basntabuharlamann balad scaklk (Ts) doyma scakldr. Is verilmeye devam edilirse sahipolduu basnta doyma scaklndan daha scak buhara kzgn buhar (2) denir.

1 noktasndaki sv ar soutulmu svdr. Basnc deimeden scakl artrlrsadoymu sv hline gelir. (s), (b) arasnda sv ve buhar bir arada bulunur. Sv, doymu svve buhar da doymu buhar zelliindedir. (s), (b) aras slak buhar blgesidir.

Basn artrlrsa doyma scakl ykselir. Basn ok daha fazla artrlrsa yanisvnn buharlatrlamayaca kadar artrlrsa bu basnca kritik basn (Pkr) denir. ekil5.3te grlmektedir.


59/70

53

ekil 5.3: Su buharnn T- v diyagram

ekil 5.3teki 3 noktasnda slak buhar vardr. Islak buhar blgesinde buhar ktlesinintoplam ktleye oran kuruluk derecesi olarak tanmlanr. Kuruluk derecesi,

m

mx b eitlii ile hesaplanr.

zgl hacim isem

Vv dir. Dolaysyla svnn ve buharn hacmi,

Vb= mb.vb ve Vs= ms.vsolur. Dolays ile hacim,

V= m.v= x.m.vb+(1-x).m.vs eitliinden

v = vs+x.(vb-vs) denklemi elde edilir. Bu denklemde doymu sv (vs) ve doymu buhar(vb) deerleri buhar tablolarndan alnabilir.

5.1. Buharlama Iss

1 kg suyu kaynama noktasnda buhar hline dntrmek iin gerekli olan syabuharlama ssdenir. Buharlama ss,

hsb = hb-hs forml ile hesaplanr.

Burada hb,doymu kuru buhar entalpisi; hs, doymu suyun entalpisidir.


60/70

54

5.2. Buharlama Srecinde Enerji Deiimi

Verilen bir basnta kaynama noktasna kadar stlm olan suya s verilmeye devamedilirse buharlamann balayacan belirtmitik. Buharlama srasnda son damla su da

buharlancaya kadar scaklk sabit kalr. Bu son durumda kuru doymu buhar elde edilmiolur.

Kuru doymu buharni enerjisi,ub= us+usb eitlii ile hesaplanr.Entalpisi, hb= hs+hsb eitlii ile hesaplanr.Entropisi, sb= ss+ssb eitlii ile hesaplanr.Islak buharn (doymu su-buhar karm) i enerjisi,

ux= us + usb.x eitlii ile hesaplanr.Entalpisi, hx = hs+hsb.x eitlii ile hesaplanr.Entropisi, sx = ss+ssb.x eitlii ile hesaplanr.

5.3. Yanma Iss

Yand zaman evreye enerji veren maddelere yakt denir. Yaktn oksijenle birletiive byk miktarda enerjinin aa kt kimyasal reaksiyona yanma denir. Yanma srasndayakt oluturan hidrojen ve karbon, havann oksijeni ile birleerek s aa karr.Oksijenin yeterli derecede olmas hlindetam yanma olur.

Yaktlardaki esas yanc elementler karbon (C) ve hidrojen (H2)dir. Az miktardakkrtde (S) bulunabilir. Yanmayan elementler ise azot (nitrojen), su ve kldr.

Yanma ilemi srasnda kimyasal reaksiyondan nce var olan maddelere yanmailemine girenler, reaksiyon sonras oluan maddelere de yanma ileminden kanlar veyayanma sonu rnleri denir. rnein 1 kmol karbonun 1 kmol oksijenle yanmas sonucundakarbondioksit (CO2) oluur.

C+O2 CO2

Burada C ve O2ye yanma ilemine girenler, CO2ise yanma ileminden kanlar denir.Bir kimyasal reaksiyon srasnda her elementin ktlesi sabit kalr. Yukardaki denklemin her

iki tarafnda 12 kg C ve 32 kg oksijen vardr. Ayrca yanma ilemine girenlerin toplamktlesi 44 kgdr. Yanma sonu rnlerinin toplam ktlesine eittir.

Yanma ilemlerinde hava ve yaktn miktarlarn belirlemek iin ska kullanlan oran ,hava yakt orandr (HY). Yanma ileminde hava ktlesinin yakt ktlesine oran olarak

tanmlanr. Matematiksel olarakhava

yakt

m

mHY eklinde ifade edilir. Bir maddenin ktlesi m

ile mol miktar n arasndaki iliki m= n.M ifadesi ile verilir. M, mol ktlesidir.

Hl deiimleri srasnda kimyasal reaksiyonlar mevcut ise sistemin ilk hldekikimyasal bileimiyle son hldeki bileimi farkldr. Bu durumda tm maddeler iin standart


61/70

55

bir referans hlinin belirlenmesi gerekir. Bu hl, standart referans hli diye bilinen 25 C ve

1 atmosferdir.

Yanma ilemi esnasnda evreye s geii olur. Yanma kimyasal bir olaydr vekimyasal tepkimelerde yanma ss, yanma entalpisine eittir.

Q = Hyi - Hyig eitlii ile ifade edilir. Burada Hyi yanma ileminden kanlarnentalpisi ve Hyigyanma ilemine girenlerin entalpisidir.

Yanma entalpisi, belirli bir basn ve scaklkta, 1 kmol (veya 1 kg) yaktn srekliakl bir ak sistemde yanmas sonunda aa kan sl enerjiye eittir ve belirtilenentalpiler ise Hyi= nyi ve Hyig = nyig.hsb formlleri ile hesaplanr. Burada n 1 kg yaktiin yanma sonu rnleri ierisindekimol miktarn ve hsb ise suyun verilen scaklktaki

buharlama entalpisini gstermektedir.

5.4. Termal Enerji, Fzyon ve Buharlama Gizli Islar

Buharlama sabit basnta yaplan bir ilem olduundan 1 kg sv iinTermodinamiin 1. Kanunu uygulanrsaq = h-v.P= holur.

Doymu svnn doymu buhar olmas srasnda s verilmesine ramen scaklk sabitkalmtr. Dolaysyla qsb gizli sdr (ekil 5.3).Buharlama gizli ss iseqbs = hb-hs = hsbforml ile hesaplanr.

Buharlama esnasndaki toplam s miktarq1,2 = h2-h1 = cps.(Ts-T1) + hsb + cpb.(T2-Ts)eitlii ile hesaplanr.


62/70

56

UYGULAMA FAALYETBuharlama ile ilgili verilen hesaplama ilemleriniyapnz.

lem Basamaklar neriler Hacmi 0,5 m3olan slak buharn kuruluk

derecesi 0,9 ve basnc da 10 bardr. Islakbuharn ktlesini hesaplaynz.

vs = 0,001127 m3/kg, vb = 0,19444 m

3/kg

Doymu buhar basn tablosunukullannz.

Doymu buhar basn tablolarndan10 bar basniin vs vevbdeerlerinikontrol ediniz.

vsb = vb - vs vx=vs+x.vsb

xv

Vm


Islak buharn entalpisini hesaplaynz. hs=762,81 kJ/kg, hsb= 2015,3 kJ/kg

Doymu buhar basn tablolarndan10 bar basn iin hs ve hsbdeerlerini kontrol ediniz.

hx= m.(hs + x.hsb)formlnkullanabilirsiniz.

Bir ar kzdrma nitesindeki buharnbasnc P1= 80 bar, kuruluk derecesi 0,95koullarnda iken sabit basnta stlarak 5000C scakla getirilmitir. 1 kg buhar iinharcanan sy hesaplaynz.

Doymu buhar basn tablolarndan

80 bar basn iin hs=1316,64 kJ/kgve hsb=1441,3 kJ/kg kzgn buhartablolarndan 80 bar basnta ve500 0C scaklndaki buharnentalpisinin h=3398,3 kJ/kg)olduunu kontrol ediniz.

Islak buhar entalpisini hx = h + x . hsb ve harcanan sy q = h - hx


UYGULAMA FAALYET


63/70

57

KONTROL LSTES


Deerlendirme ltleri Evet Hayr1 Buhar tablolarna gerekli kaynaklardan ulaabildiniz mi?2 Islak buhar ktlesini m = 2,85 kgolarak hesaplayabildiniz mi?3 Islak buharn entalpisini hx = 7358,7 kJ olarak hesaplayabildiniz mi?

4

Buhar iin harcanan sy q= 712,43 kJ/kg olarak hesaplayabildinizmi?

DEERLENDRME



64/70

58

LME VE DEERLENDRME


1.

Kimyasal yaps her noktasnda ayn ve deimeyen maddeleraadakilerdenhangisidir?A)

Kat maddeB)

SvmaddeC)

Saf maddeD)

Gaz

2.

Sahip olduu basnca gre tam buharlamaya hazr olan sv aadakilerdenhangisidir?A)

DoymusvB)

DoymubuharC)

KzgnbuharD)

Arsoumu sv

3.

Islak buhar blgesinde buhar ktlesinin toplam ktleye oran aadakilerden hangisiile tanmlanr?A)

KritikbasnB)

Doyma scakl

C)

Gizli sD)

Kuruluk derecesi

4.

1 kg suyu kaynama noktasnda buhar hlinedntrmek iin gerekli olan saadakilerden hangisidir?A)

Yanma ssB)

Buharlama ssC)

Erime ssD)

Kaynama ss

5.

T=180 C, v = 0,17 m3/kg olan doymu buharn aada verilen tablo deerleri

dorultusunda kuruluk derecesi aadakilerden hangisidir? (T=1800 C iin doymubuharscaklk tablolarndan vs=0,001127 m/kg, vb= 0,19405 m/kg)A)

0,88B)

0,84C)

0,80D)

0,76

LME VE DEERLENDRME


65/70

59

6 ve 7. soruyu aada verilen deerler dorultusunda znz.

Balangta 2 bar basn ve 60 0Cde bulunan 2,5 kg su sabit basnta stlarak kzgnbuhar hline getiriliyor.

(2 bar basnta kzgn buhar tablolarndan h1= 251,2 kJ/kg ve h2= 2910,8 kJ/kg, 2 barbasn iin doymu buhar tablolarndan hs=504,7 kJ/kg ve hb=2706,3 kJ/kg eklindeverilmektedir.).

6.

Verilen s miktaraadakilerden hangisidir?A)

1403,4 kJ/kgB)

2147,8 kJ/kgC)

2659,6 kJ/kg

D)

2986,5 kJ/kg

7.

Buharlama gizli ssaadakilerden hangisidir?A)

1387,2 kJ/kgB)

2201,6 kJ/kgC)

3457,5 kJ/kg

D)

3758,6 kJ/kg

DEERLENDRME

Cevaplarnz cevap anahtaryla karlatrnz. Yanl cevap verdiiniz ya da cevapverirken tereddt ettiiniz sorularla ilgili konular faaliyete geri dnerek tekrarlaynz.Cevaplarnzn tm doru ise Modl Deerlendirmeye geiniz.


66/70

60

MODL DEERLENDRMEAadaki sorular dikkatlice okuyunuz ve doru seenei iaretleyiniz.1.

Bir otomobilin egzoz gaz scakl 500 0C okunmutur. Bu scakln K karlkatr?A)

227 KB)

273 KC)

773 KD)

823 K

2.

Bir motorda yaktn yanmas ile salanan s enerjisi 400kWdr. Egzoz ve soutma

suyundan oluan s kayplar 150kWdr. Sistemde i enerji deiimi yoktur.Srtnme kayplar ise ihmal edilebilir. Buna gre motordan alnan gne kadardr?A)

200 kWB)

250 kWC)

300 kWD)

350 kW

3.

Bir Carnot s makinesi yksek scaklktaki bir sl enerji deposundan 500kJ salmakta ve 17 C scaklktaki bir sl enerji deposuna 200kJ s vermektedir. Ismakinesinin sl veriminedir?A)

% 60

B)

% 65C)

% 70

D)

% 75

4.

Bir Brayton evriminde gazn kompresre giri basnc 1 bar ve scakl 27Cdir. Bugaz kompresrde 5 bar basnca kadar sktrlyor. evrimin en byk scakl 627C olduuna gre evrimin sl verimi(b) aadakilerden hangisidir? (Hava iincp=1 kJ/kg K, cv=0,7 kJ/kgK, k=1,4)

A)

% 32B)

% 34

C)

% 36

D)

% 38

5. Tesir kat says 1,8 olan bir s pompas bir eve 75000kJ/h s vermektedir. Is

pompasnn evre havadan ektii skatr?A)

25536 kJ/hB)

33348 kJ/hC)

38367 kJ/hD)

41666 kJ/h

MODL DEERLENDRME


67/70

61

6.

Kapal bir kap iinde 2 bar basnta, 120C scaklkta 2kg su (su-buhar karm)

bulunmaktadr. Kabn hacmi 20 litre olduuna gre aada verilen tablo deerleridorultusunda entalpisine olur? (Doymu buhar basn tablolarndan 2 bar basn iinT=120 C, vs= 0,00106 m3/kg, vb=0,885m3/kg, hs=504,7 kJ/kg ve hb=2706,3 kJ/kgdeerleri verilmitir.).A)

526,7 kJ/kgB)

458,6 kJ/kgC)

346,3 kJ/kgD)

216,6 kJ/kg

DEERLENDRME

Cevaplarnz cevap anahtaryla karlatrnz. Yanl cevap verdiiniz ya da cevapverirken tereddt ettiiniz sorularla ilgili konular faaliyete geri dnerek tekrarlaynz.Cevaplarnzn tm doru ise bir sonraki modle gemek iin retmeninizebavurunuz.


68/70

62

CEVAP ANAHTARLARI

RENME FAALYET-1NCEVAP ANAHTARI

1 C

2 D

3 A

4 B

5 A

6 D

7 C

RENME FAALYET-2NNCEVAP ANAHTARI

1 C

2 B

3 D

4 A

5 B

6 C

RENME FAALYET3NCEVAP ANAHTARI

1 C

2 A

3 B

4 D

5 B

6 A

7 C

8 D

9 A

10 B


1 D

2 A

3 C

4 C

5 B

6 A

7 D

CEVAP ANAHTARLARI


69/70

63


1 C

2 A

3 D

4 B

5 A

6 C

7 B

MODL DEERLENDRMENNCEVAP ANAHTARI

1 C2 B

3 A

4 D

5 B

6 A


70/70

KAYNAKA ENGEL Yunus, A. MICHAEL, A. BOLES, Mhendislik Yaklamyla

Termodinamik, Mc Graw Hill- Literatr Yaynclk, stanbul, 1999. ETNKAYA Selim, Termodinamik ve ten Yanmal Motorlar, Gen Bro

Basmevi, Ankara, 2000. DASZ Alpin Kemal, Is Geii,Beta Basm Yayn, stanbul, 1995. UYARER Ycel Ali, Mehmet ZKAYMAK, Termodinamik, Mill Eitim

Basmevi, stanbul, 2003. YNC Hafit, Sadk KAKA, Temel Is Transferi, zkan Matbaaclk,

Ankara, 1999.

http://tr.wikipedia.org (04.10.2011/13.00) http://www.aof.edu.tr/kitap/EHSM/1222/unite05.pdf (04.10.2011/13.00) www.obitet.gazi.edu.tr (04.10.2011/13.00)

KAYNAKA
http://tr.wikipedia.org/http://www.aof.edu.tr/kitap/EHSM/1222/unite05.pdfhttp://www.obitet.gazi.edu.tr/http://www.obitet.gazi.edu.tr/http://www.aof.edu.tr/kitap/EHSM/1222/unite05.pdfhttp://tr.wikipedia.org/

Documents

Termodinamik Hesaplamalar