Enerji Analizi Dersi 4. Ünite Sorularla Öğrenelim

Termodinamik Ve Enerji

1. Soru

Kontrol hacmi nedir?

Cevap

Kontrol hacmi uzayda incelemek üzere dikkate aldığımız, sınırlarından kütle akışına izin veren belli bir geometrik şekle sahip olması gerekmeyen, şekli ve büyüklüğü tamamen analize uygun seçilebilen bir hacimdir. Kontrol yüzeyini kütle ve tüm enerjiler geçebilir. Zamanla kontrol hacmi içinde kütle ve enerji miktarı değişebileceği düşünülerek, zamana bağlı iki temel akış rejimi tarif edilir: sürekli rejim ve geçici rejim.


2. Soru

Tersinir İşlem ve Carnot Çevrimi nedir?

Cevap

Tersinir İşlem ve Carnot Çevrimi: Tersinir işlem, çevrede hiçbir tesir bırakmayacak şekilde tamamen tersine işletilebilen işlemdir. Bu tanımdaki “çevrede hiçbir tesir bırakmayarak” deyimi çok önemlidir. Gerçek işlemlerde sürtünme, kimyasal işlemler, yanma, karışım, gazların karışımı, genişleme, ısı geçişi gibi sebeplerden hiçbir olayın tamamen tersine işletilmesi yani tersinir olabilmesi mümkün değildir. Bir pastanın yapımı bir çok malzemenin karıştırılması ve bir pişirme işlemi içerir. Pasta elde edildikten sonra tekrar malzemeleri eski haliyle elde etme yani tersine
işlem olanağı yoktur. İşlem tersimezdir. Aynı şekilde gördüğünüz kaza geçirmiş arabanın tekrar hiç
kazasız haline dönmesi mümkün değildir. Kaza sırasında can kaybıda olmuşsa, tersinmezliğin anlamını çok kolay fark edebiliriz. Gerçek işlemlerin “çevrede hiçbir tesir bırakmayarak” tersine işletilmesi gerçekleştirilemez. Tamamen tersine işletilebilen işlemler gerçek hayatımızda yoktur. Tersinir işlemleri referans olarak kullanabiliriz. Örneğin bütün işlemleri tersinir olan bir tersinir çevrim tanımlanarak çevrimler için bir üst sınır bulunabilir. Böylece gerçek ısı makineleri ve soğutma makinelerinin ikinci yasaya göre ne kadar iyi oldukları tespit edilir. Bu referans çevrim ise Carnot çevrimi’dir.


3. Soru

Tersiner işlem ve Carnot çevirimi nedir?

Cevap

Tersinir işlem, çevrede hiçbir tesir bırakmayacak şekilde tamamen tersine işletilebilen işlemdir. Bu tanımdaki “çevrede hiçbir tesir bırakmayarak” deyimi çok önemlidir. Gerçek işlemlerde sürtünme, kimyasal işlemler, yanma, karışım, gazların karışımı, genişleme, ısı geçişi gibi sebeplerden hiçbir olayın tamamen tersine işletilmesi yani tersinir olabilmesi mümkün değildir. Sayfa 81’deki Şekil 4.11 çok iyi bildiğiniz iki örneği içermektedir. Bir pastanın yapımı birçok malzemenin karıştırılması ve bir pişirme işlemi içerir. Pasta elde edildikten sonra tekrar malzemeleri eski haliyle elde etme yani tersine işlem olanağı yoktur. İşlem tersimezdir. Aynı şekilde (S:81, Şekil 4.11) gördüğünüz kaza geçirmiş arabanın tekrar hiç kazasız haline dönmesi mümkün değildir. Kaza sırasında can kaybıda olmuşsa, tersinmezliğin anlamını çok kolay fark edebiliriz. Gerçek işlemlerin “çevrede hiçbir tesir bırakmayarak” tersine işletilmesi gerçekleştirilemez. Tamamen tersine işletilebilen işlemler gerçek hayatımızda yoktur. Tersinir işlemleri referans olarak kullanabiliriz. Örneğin bütün işlemleri tersinir olan bir tersinir çevrim tanımlanarak çevrimler için bir üst sınır bulunabilir. Böylece gerçek ısı makineleri ve soğutma makinelerinin ikinci yasaya göre ne kadar iyi oldukları tespit edilir. Bu referans çevrim ise Carnot çevrimi’dir. Carnot çevrimi tüm işlemleri tersinir olan böylece, iki ısı kaynağı arasında çalışan ve en büyük verime sahip tek ideal çevrimdir. Carnot çevrimi, tamamen tersine çevrilebileceğinden, soğutma ve ısı pompaları içinde en büyük performansa sahip bir ters çevrim oluşturur. Carnot çevriminde dört tersinir işlem vardır. Bunlar; • İki tane tersinir izotermal işlem ve • İki tane tersinir adyabatik işlemdir. Isı makinesi, ısı pompası veya soğutma makinesinin akışkanları, TH yüksek sıcaklıktaki ısı kaynağı ile QH ve TL düşük sıcaklığındaki ısı kaynağı ile QL kadar ısı alışverişinde bulunduğunda, bu miktarlar, o ısı kaynağının sıcaklığına bağlı olacaktır.


4. Soru

Geçici Rejimde Kütle Korunumu Yasası nedir?

Cevap

Geçici Rejimde Kütle Korunumu Yasası: DADA işlemlerinde kontrol hacmindeki kütle miktarı da
zamanla değişecektir. Bu durumda, kontrol hacmindeki kütlelerin ilk (1) ve son (2) anında
miktarı dikkate alarak bir yaklaşım yapıyoruz.Birden çok giriş ve çıkış yapan kütle akışı söz konusu olduğunda her biri için bir mi ve/veya me terimi ekleriz.


5. Soru

Çevrim nedir?

Cevap

Çevrim, bildiğimiz gibi, peş peşe hal değişimlerinden sonra sistemin ilk haline geri gelmesi şeklindeki bir işlemdir. Sistemin başladığı noktaya geri gelebilmesi için hal değişimleri sırasında ısı ve iş alışverişi olması gerekir. Şekil 4.1’de bir buhar güç santralindeki çevrim görülmektedir.


6. Soru

Sürekli rejim nedir?

Cevap

SÜREKLİ REJİM: Sistemler, başlatılma ve durdurulma devreleri arasında kalan zaman zarfında sürekli rejimde çalışırlar. Sürekli rejimde özelikler zamanla değişmez, her birim zamanda sınırlardan geçen ısı, iş ve kütle miktarı sabittir. En sık karşımıza çıkacak sürekli rejiminde bir kontrol hacminin birinci yasa analizini yapmak istersek hem kütle korunumu hem de enerji korunumu denklemini yazmamız gerekir. Termodinamikte bu tip akışlı işlemler, Sürekli-Akışlı Sürekli-Açık işlemler ya da kısaca SASA işlemi diye anılır.


7. Soru

Sistem çevre ile dengeye gelecek şekilde hal değiştirirse, yani son hal ölü hal olursa  sistemin tersinir işi nasıl olur?

Cevap

Sistem çevre ile dengeye gelecek şekilde hal değiştirirse, yani son hal ölü hal olursa, sistemin tersinir işi en büyük olacaktır. Ölü halde artık hız sıfır (V0=0) ve sistemin çevreye göre yüksekliği de (Z0=0) sıfır olacaktır. Diğer taraftan kapalı sistemin yaptığı işi bulurken, hareketli sistem sınırı olması halinde bu sınırın çevreye karşı yaptığı ve bizim yararlanamadığımız işte dikkate alınır.


8. Soru

Termodinamiğin birinci yasası nedir?

Cevap

Termodinamiğin birinci yasası, enerjinin niceliği ile ilgili enerji korunumu yasasıdır.Termodinamiğin
birinci yasasını, hem kapalı sistemler hem de kontrol hacimleri için nasıl yazabileceğimizi görerek
karşımıza çıkacak herhangi bir sistemin çözümlemesini yapabileceğiz. Bunun için sistem farklılıklarına ve analitik ifadelere dikkat etmeliyiz.


9. Soru

Çevrim için birinci yasası nedir?

Cevap

Çevrim için birinci yasa, "çevrim yapan bir sistemde net ısı alışverişi net işe eşittir."


10. Soru

Kontrol hacmi nedir?

Cevap

Kontrol hacmi uzayda incelemek üzere dikkate aldığımız, sınırlarından kütle akışına izin veren belli bir geometrik şekle sahip olması gerekmeyen, şekli ve büyüklüğü tamamen analize uygun seçilebilen bir hacimdir.


11. Soru

Hal değişimi için birinci yasa nedir?

Cevap

Bir sistemin her zaman çevrim olacak şekilde hal değişimine uğraması söz konusu değildir. Sistemin tek bir hal değişimi için birinci yasayı “Sistemin sınırlarını iş ve ısı olarak geçen net enerji, sistemin enerjisindeki net değişime eşittir” olarak ifade edebiliriz.


12. Soru

Geçici Rejim nedir?

Cevap

Uygulamada geçici rejim problemleri sistemler ilk çalıştırılmaları ya da durdurulmaları sırasında, bir kaptaki akışkanın boşaltılması ya da kabın doldurulması sırasında karşımıza çıkar. Termodinamikte bu tip akışlı işlemler için, Düzgün-Akışlı Dengeli-Açık (DADA) işlemi yaklaşımı yapılır. DADA işleminde sistemin ilk ve son halleri ile enerji geçişlerinin toplam miktarı esas alınır.


13. Soru

Sürekli Rejimde Enerji Korunumu Yasası nedir?

Cevap

Sürekli Rejimde Enerji Korunumu Yasası: Rejim sürekli olduğunda kontrol hacmine giren ve çıkan
enerjilerde her bir birim zamanda değişmeden aynı kalıyor demektir.


14. Soru

Termodinamik yasaları ne için önemlidir?

Cevap

Enerji bilimi olan termodinamik, enerji miktarlarını hesaplamamızı sağlayan, çeşitli enerjilerin birbirlerine dönüşümlerini içeren işlemlerin hesaplarını yapabileceğimiz ve işlemlerin gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini kontrol edebilmemizi sağlayacak iki temel yasa ifadesi sunar.


15. Soru

Ekserji nedir?

Cevap

Bir enerji kaynağının sahip olduğu iş potansiyelini bilirsek, bu enerji kaynağından mümkün olduğunca çok yararlanabilir ya da yararlanmak için yeni yöntemler geliştirebiliriz. En büyük iş elbette bir sistemin tersinir hal değiştirmesiyle elde edilebilir. Bir sistemin bulunduğu halden tamamen tersinir şekilde çevre ile dengeye gelinceye kadar yani ölü hale kadar hal değiştirmesi sağlanırsa sistem en büyük teorik yararlı işi yapmış olur. Buna kullanılabilirlik ya da ekserji adı verilir.


16. Soru

İkinci yasa verimi hesabıyla neyi anlamış oluruz?

Cevap

Bir sistemin nitelik olarak değerlendirilmesinde, ikinci yasa ve ekserji tanımlarından yararlanılarak verim ifadeleri kullanılır. İkinci yasa verimi hesaplandığında; bir enerji kaynağının, bir santralin, bir ısı makinesinin yada soğutucunun en iyi olmaktan ne kadar uzak olduğunu anlarız.


17. Soru

Ekserji korunabilinir mi?

Cevap

Ekserji bir özeliktir. Ekserji korunmaz, sistem içinde hal değişimi sırasındaki tersinmezliklerden dolayı yıkıma uğrar.


18. Soru

Hal değişimi olan bir sistem için termodinamiğin birinci yasasını analitik olarak nasıl ifade edilir?

Cevap

Q-W = ?E  Burada Q sisteme aktarılan ısıyı, W sistemin yaptığı işi ve ?E ise sistemin hal değişimi sırasında enerjisindeki değişimi göstermektedir. Sistemin enerjisi E, sistemin verilen haldeki tüm enerjilerini temsil eder. Ayrıca sistemin sahip olduğu kimyasal ve elektriksel enerjiler gibi terimlerde toplam enerjiye eklenebilir. E enerjisi ile ilgili en önemli husus enerjinin bir özelik olmasıdır, yani E yalnızca sistemin bulunduğu hale bağlıdır. Birinci yasa bir bakıma özelik olarak enerjinin tanımlanmasını sağlar.


19. Soru

Bir kontrol hacminde kütle korunumu prensibi nedir?

Cevap

Bir kontrol hacminde kütle korunumu prensibi “kontrol hacmine giren ve çıkan kütleler arasındaki fark kontrol hacmi içindeki kütlenin değişimine eşittir” şeklinde söylenir


20. Soru

Bir Kontrol Hacmi İçin Birinci Yasa nedir?

Cevap

[giren ısı]+[giren kütlenin akış enerjisi] = [enerjideki değişim] + [çıkan kütlenin akış enerjisi]
+ [yapılan iş]


21. Soru

Bir kontrol hacminin ekserji analizini yaparken ilk olarak ne yapılır?

Cevap

Bir kontrol hacminin ekserji analizini yaparken ilk olarak kütle akışlarına ilişkin ekserji ifadelerine gerek duyarız. Kontrol hacmine kütle akışı nedeniyle aktarılan ekserji, kütlenin taşıdığı ekserji ve akış işinin ekserjisinin toplamına eşittir, buna kısaca akış ekserjisi denilir.


22. Soru

Kısılma nedir?

Cevap

Kısılma: Bir kanal içinden akış sırasında eğer akışkan ani bir kesit daralmasıyla karşılaşırsa basınç düşer. Kesit daralmasının hemen etrafında bir kontrol hacmi düşünürsek, iş ve ısı geçişinin olmadığı, kinetik ve potansiyel enerji değişimlerinin göz ardı edilebileceği bir durumla karşılaşırız.Basıncın düştüğü busırada entalpinin sabit kaldığı bu özel işlem kısılma adı ile anılır. Kısılma, özellikle soğutma ve ısıtma çevrimlerinde, basınç düşümü sağlamak için isteyerek uygulanan bir işlemdir


23. Soru

Basıncı ve sıcaklığı çevrenin basıncına ve sıcaklığına eşit olan sisteme ne denir?

Cevap

Basıncı ve sıcaklığı çevrenin basıncına ve sıcaklığına eşit olan sisteme ölü haldedir denir. Ölü halde
bulunan sistemin ve çevrenin enerjileri vardır fakat ekserji sıfırdır. Yani ölü haldeki sistemden bir iş elde edilmesi olanağı yoktur.


24. Soru

Ekserji nedir?

Cevap

Bir enerji kaynağının sahip olduğu iş potansiyelini bilirsek, bu enerji kaynağından mümkün olduğunca çok yararlanabilir ya da yararlanmak için yeni yöntemler geliştirebiliriz. En büyük iş elbette bir sistemin tersinir hal değiştirmesiyle elde edilebilir. Bir sistemin bulunduğu halden tamamen tersinir şekilde çevre ile dengeye gelinceye kadar yani ölü hale kadar hal değiştirmesi sağlanırsa sistem en büyük teorik yararlı işi yapmış olur. Buna kullanılabilirlik ya da ekserji adı verilir.


Kayıt Yenileme (Ders Ekle Sil)
7 Şubat 2022 Pazartesi