Termodinamik Tablo Nasıl Okunur

21298
termodinamik

Termodinamik hemen hemen bütün mühendislik dallarını ilgilendiren bir alandır. İş hayatında veya öğrencilik yıllarında karşımıza çıkan problemler karşısında çözüme ulaşmak için soruyu çözme yöntemi kadar termodinamik tabloyu okumak veya sorunun ne istediğini anlamak için termodinamik tablolarını okumaya hakim olamak gerekir. Bu yazıda bunu kalıcı hale getirmeye çalışacağız.

Öncelikle akışkanların sahip olacağı faz durumlarını bilmek gerekir. Bunlar;

  1. Sıkıştırılmış hal
  2. Doymuş sıvı hali (f)
  3. Karışım hali (sıvı+buhar)
  4. Doymuş buhar hali (g)
  5. Kızgın buhar hali

akışkanların P-v grafiğiVerilen grafiği incelediğimizde doymuş sıvı eğrisi üzerinde bulunan bütün değerler f indisi olarak yazılır (vf,hf,sf,uf gibi). Ayrıca doymuş buhar eğrisi üzerinde bulunan bütün değerler ise g indisi olarak yazılır (vg,hg,sg,ug gibi).

Karşımıza bir problem çıktığında ve problemin sıcaklık-basınç değerleri verildiğinde akışkanın daz durumunu bulabilmek için aşağıdaki parametreleri bilmek gerekir.

Pdoyma > PT kızgın buhar fazı
Pdoyma < PT sıkıştırılmış sıvı fazı
Tdoyma > TP sıkıştırılmış sıvı fazı
Tdoyma < TP kızgın buhar fazı
PT : Problemde verilen basınç değeri

Pdoyma : Verilen T sıcaklığındaki akışkanın doyma basıncı (doymuş akışkan sıcaklık tablosunda ki sıcaklığın karşısına denk gelen basınç değeri)

TP : Problemde verilen sıcaklık değeri

Tdoyma : Verilen P basıncında ki akışkanın doyma sıcaklığı (doymuş akışkan basınç tablosunda ki basıncın karşısına denk gelen sıcaklık değeri)

Örneklerle açıklayacak olur isek;

1- Basıncı 400 kPa ve sıcaklığı 30 °C olan R-134a akışkanının faz durumunu belirleyin.

Çözüm:

Basınçtan gidecek olursak;
Doymuş soğutucu akışkan R-134a basınç tablosuna baktığımızda verilen 400 kPa basıncın doyma sıcaklığı 8.91 °C’dir. Yani sisteme akışkanın doyma sıcaklığından daha fazla sıcaklık verilmiş.

8.91°C < 30°C yani Tdoyma < TP olduğundan akışkan kızgın buhar fazındadır.

Sıcaklıktan gidecek olursak;
Doymuş soğutucu akışkan R-134a sıcaklık tablosuna baktığımızda verilen 30°C sıcaklığın doyma basıncı 770.64 kPa’dır. Yani sisteme akışkanın doyma basıncından daha az basınç uygulanmış.

400 kPa < 770.64 kPa yani Pdoyma > PT olduğundan akışkan kızgın buhar fazındadır.

Akışkanın faz durumunu belirledikten sonra problemde bizden istenilen entalpi (h), entropi (s), iç enerji (u) ve özgül hacim (v) değerlerine ulaşabiliriz. Bu değerleri bulabilmek için akışkanın faz durumu olan kızgın buhar tablolarına gitmemiz gerekir.

Kızgın buhar tablosunda 400 kPa ve 30°C değerlerine sahip R-134a akışkanının entalpi (h), entropi (s), iç enerji (u) ve özgül hacim (v) değerlerini yazacak olursak;

h= 275.07 kJ/kg , s=0.9937 kJ/kgK, u= 252.36 kJ/kg, v= 0.056796 m3/kg olarak buluruz.

2- 350 kPa basınç ve 50 °C sıcaklık değerlerine sahip suyun faz durumunu belirleyin.

Çözüm:

Basınçtan gidecek olur isek;

Doymuş su basınç tablosuna baktığımızda 350 kPa basınca sahip suyun doyma sıcaklığı 138.86 °C olduğu görülür. Bu değer akışkana verilen sıcaklık değerinden büyüktür.

50°C < 138.86°C yani Tdoyma > TP olduğundan su sıkıştırılmış sıvı fazındadır.

Sıcaklıktan gidecek olu isek;

Doymuş su sıcaklık tablosuna baktığımızda 50°C sıcaklık değerine sahip suyun doyma basıncı 12.352 kPa olduğu görülür. Bu değer akışkana verilen basınç değerinden küçüktür.

12.352 kPa < 350 kPa yani Pdoyma < PT olduğundan su sıkıştırılmış sıvı fazındadır.

Akışkanın faz durumunu belirledikten sonra problemde bizden istenilen entalpi (h), entropi (s), iç enerji (u) ve özgül hacim (v) değerlerine ulaşabiliriz. Bu değerleri bulabilmek için akışkanın faz durumu olan sıkıştırılmış sıvı tablolarına gitmemiz gerekir. Ancak su için minimum sıkıştırılmış basınç değeri 5 MPa olduğundan sıkıştırlmış tablosundan istenilen değerlere ulaşılamaz. İstenilen değerleri bulabilmek için yaklaşık değerleri kabul etmek zorundayız.

Bu yaklaşık değerleri bulabilmek için kesinlikle doymuş su sıcaklık tablosuna gidilmelidir ve 50°C’ye ait olan f değerlerini almamız gerekir. Sonuç olarak;

h=209.34 kJ/kg, s= 0.7038 kJ/kgK, u=209.33 kJ/kg, v=0.001012 m3/kg olarak buluruz.

3- 125°C ve u=1000 kJ/kg iç enerji değerine sahip suyun faz durumunu belirleyin.

Parametreleri verilen suyun faz durumunu belirlemek için doymuş su sıcaklık tablosuna bakacak olur isek u=1000 kj/kg iç enerji değeri 125°C’deki suyun uf ve ug değerlerinin arasında olduğunu görürüz. Bu durumda üst kısımda paylaşılan linkteki diyagrama baktığımızda akışkanın doymuş karışım yani sıvı+buhar fazında olduğunu görürüz. Dikkat edilmesi üzerine diyagramda karışım halinde bulunan akışkanın sıcaklık ve basınç değeri hiç değişmemiştir. Yani akışkan f ve g değerleri arasındaki sıcaklık ve basınç değerleri aynıdır.

Bu durumda suyun basıncı doymuş su sıcaklık tablosunda 125°C’nin doyma basıncı olan 232.23 kPa’dır. Bu parametrelere sahip akışkanın entalpi (h), entropi (s), ve özgül hacim (v) değerlerine ulaşabilmek için kuruluk derecesi olan x değerini bilmemiz gerekir. Kuruluk derecesi x= mbuhar/ mtoplam eşitliği ile ifade edilir.

Eğer karşımıza çıkan problemde buhar kütlesi veya toplam kütle (sıvı+buhar) verilmemiş ise soruda bize yardımcı olan herhangi bir parametre mutlaka vardır. Bu parametreler genellikle entalpi (h), entropi (s), iç enerji (u) ve özgül hacim (v) değerleridir ve aşağıdaki denklemlerden yararlanılır.

u= uf + x ufg , h= hf + x hfg , s= sf + x sfg , v= vf + x vfg

Şimdi sorumuzda ki u=1000 kJ/kg değerini kullanarak akışkanın kuruluk değerini bulacak olur isek; (bütün f ve fg değerleri 125°C’ye ait olan parametrelerdir)

u= uf + x ufg
1000 kJ/kg = 524.83 kJ/ kg + x 2009.5 kJ/kg

x= 0.236 yani % 23.6 oranı gelmiş olup, bu bize akışkanın kütlesinin % 23.6’sının buhar olduğunu söylemektedir. Buna göre;

h= hf + x hfg
h= 525.07 kJ/kg + 0.236 2188.1 kJ/kg
h= 1041.46 kJ/kg
s= sf + x sfg
s= 1.5816 kJ/kgK + 0.236 5.4956 kJ/kgK
s= 2.878 kJ/kgK
v= vf + x vfg= vf+ x(v– vf)
v= 0.001065 m3/kg + 0.236 (0.77012 m3/kg – 0.001065m3/kg)
v= 0.1825 m3/kg

Bir akışkanı kuruluk derecesi her zaman 0 ile 1 arasında değer alır. x=0 ise yani denklem f değerini sağlayacağından akışkan doymuş sıvı fazında, x=1 ise yani denklem g değerini sağlayacağından akışkan doymuş buhar fazındadır.

Yazımızı Beğendiniz mi?

6 Yorum

Düşünceleriniz Nedir?

Lütfen yorumunuzu buraya yazınız.
Lütfen isminizi buraya yazını.