25 Haziran 2019, Salı
Ana Sayfa / Sınav Soruları / Gıda Mühendisliği – Isı ve Kütle Aktarımı – Uygulama Soruları

Gıda Mühendisliği – Isı ve Kütle Aktarımı – Uygulama Soruları

ISI ve KÜTLE AKTARIMI Gıda Mühendisliği Bölümü

UYGULAMA-1

1. Gıda maddelerinin depolandığı bir soğuk hava deposunun duvar yalıtımında en iç kısımda 19.1 mm kalınlığında çam kaplama (k=0.151 W/mK), orta kısmında mantar pano (k=0.0433 W/mK) ve en dış kısmında 50.8 mm kalınlığında beton (k=0.762 W/mK) kullanılmıştır. Duvarın iç yüzey sıcaklığı -17.8C ve dış yüzeydeki sıcaklık 29.4C’dir. Ortalama ısıl iletkenlik katsayıları çam ağacı için 0.151, mantar için 0.0433 ve beton için0.762 W/mK’dir. Hesaplamada kullanılacak soğuk hava deposunun iç duvar yüzey alanı yaklaşık olarak 39m2’dir. Isı kaybını 586 W’ta tutabilmek için mantar pano kalınlığının ne kadar olması gerekir? (x=0.128 m)

2. 2-in Schedule 40’lık çelik bir borunun içinde 121.1°C’de doygun buhar bulunmaktadır. Boru 25.4 mm kalınlığında izolasyon ile kaplıdır. Borunun iç yüzey sıcaklığı 121.1 °C ve izolasyonun dış yüzey sıcaklığı 26.7 °C’dir. 30.5 m uzunluğundaki borudan gerçekleşen ısı kaybını hesaplayınız. Ayrıca, borudaki ısı kaybı sebebiyle 1 saatte yoğuşan buhar miktarını kg cinsinden hesaplayınız. Çelik için ortalama k=45 W/mK ve izolasyon için 0.182 W/mK’dir. (5384 W, m =8.81 kg/h)

3. Bir odanın dışarıya bakan kısmında 0.557 m2 alanında tahta paravanın ortasına yerleştirilen cam pencere bulunmaktadır. Tahta paravanın boyutları 2.44m x3.05m ‘dir. Tahta paravan 25.4 mm kalınlığında k değeri 0.1505 W/mK, cam ise 3.18 mm kalınlığında ve k değeri 0.692 W/mK’dir. Odanın iç sıcaklığı 299.9 K (26.7 °C)ve dış hava sıcaklığı 266.5 K’dir. Konvektif ısı transfer katsayıları cam ve tahta için iç kısımda hi 8.5 W/m2K vedış kısımdan her iki yüzey için yine ho 8.5 W/m2K’dir. Tahta paravan boyunca, cam boyunca ve toplam olarak ısı kaybını hesaplayınız. (77.6 W)

4. Buhar taşıyan çelik borunun dış çapı 89 mm’dir. Boru ortalama k’sı 0.043 W/mK olan 76 mm kalınlığındaizolasyon materyali (k=0.043 W/mK) ile kaplanmıştır. İki termokapıldan (ısıleş) 1. si boru duvarı ile izolasyon arasına, 2.si izolasyonun dış kısmına yerleştirilmiştir ve sırasıyla ölçülen değerler 115C ve 32C’dir. Borudan metre başına düşen ısı kaybını (W) hesaplayınız. (31.018 W)

5. Taze bir gıda ürünü soğuk hava deposunda 278 K’de depolanmaktadır. Gıdanın konulduğu kap üstü açık dikdörtgen şeklinde üst kısım hariç diğer kısımları izolasyonludur. Üst kısmındaki hava sıcaklığı 278 K’dir. Kabın derinliği 152.4 mm ve üst kısmın yüzey alanı 0.186 m2’dir. Gıda maddesinin yoğunluğu 641 kg/m3’dür. Solunum ısısı 0.070 kJ/kgh ve ısıl iletkenlik katsayısı 0.346 W/mK’dir. Kararlı halde gıda maddesinin maksimum sıcaklığını bulunuz ve toplam verilen ısıyı W cinsinden hesaplayınız. (Kabın içinde hava sirkülasyonu olmadığını düşünün) (278.42 K, 0.353 W)

6. 30 mm dış çaplı metal buhar borusunun yüzey sıcaklığı 400 K’dir. Borunun etrafı 20 mm kalınlığında ve k’sı 0,08W/mK olan izolasyon maddesi ile kaplanmıştır. Borunun en dış kısmındaki havanın sıcaklığı 300 K’dir ve havanın konvektif ısı transfer katsayısı 30 W/m2K’dir.

(a) Yalnız borudan m başına gerçekleşen ısı kaybını ve kritik yarıçapı hesaplayınız. (282.74 W, 2.667 mm)

(b) İzolasyonlu borudan gerçekleşen ısı kaybını, borunun yüzey sıcaklığının sabit olduğunu düşünerek hesaplayınız. (54.43 W)

7. 5 m yüksekliğinde, 8m uzunluğunda ve 0.22 m kalınlığında bir duvar bulunmaktadır. Farklı materyallerden oluşan duvardaki ısıl iletkenlik katsayıları (W/m2K), kA=kF= 2, kC= 20, kD= 15 ve kE= 35’dir. Duvarın sol ve sağ yüzeyleri sabit olmak üzere sırasıyla 300 C ve 100 C’dir. Isı transferinin tek boyutta gerçekleştiğini düşünerek,

(a) Duvar boyunca gerçekleşen ısı transfer hızını, (1.9×105 W) (b) B, D ve E bölümlerindeki sıcaklıkları, (261.45 °C)

(c) F bölümü boyunca sıcaklıktaki azalmayı bulunuz (142.4 °C)

8. Sıcaklığı 3C olan alüminyum teneke kutu içecek düşünün. Kutunun yüksekliği 12.5 cm, çapı 6 cm’dir. Kutuile kutuyu saran havanın birleştirilmiş konveksiyon/radyasyon ısı transfer sabitleri 25C’de 10 W/m2C ise,içeceğin sıcaklığının 10C’ye yükselmesi için ne kadar süreye ihtiyaç vardır? (31.88 dak)

Soğuk içeceğin ısınmasını yavaşlatmak üzere, bir kişi kutuyu 1 cm kalınlığında silindirik kutuya tam uyumlu kauçuk (k= 0.13 W/mC) izolasyon materyaliyle tutmaktadır. Bu durumda kutunun ortalama sıcaklığının10C’ye yükselmesi için ne kadar süre geçmelidir? (Kutunun üst kısmının izolasyonsuz olduğunu düşünün)(43.34 dak)

Uygulama 2

Isı ve Kütle Transferi 

1.Gıda maddelerinin depolandığı bir soğuk hava deposunun duvar yalıtımında en iç kısımda 19.1 mm kalınlığında çam kaplama (pine wood), orta kısmında mantar pano (cork board) ve en dış kısmında 50.8 mm kalınlığında beton (concrete) kullanılmıştır. Duvarın iç yüzey sıcaklığı -17.8°C ve dış yüzeydeki sıcaklık 29.4°C’dir. Ortalama ısıl iletkenlik katsayıları çam ağacı için 0.151, mantar için 0.0433 ve beton için 0.762 W/mK’dir. Hesaplamada kullanılacak soğuk hava deposunun iç duvar yüzey alanı yaklaşık olarak 39 m2’dir. Isı kaybını 586 W’ta tutabilmek için mantar pano kalınlığının ne kadar olması gerekir? (Dx=0.128 m)

2.2-in Schedule 40’lık çelik bir borunun içinde 121.1 °C’de doygun buhar bulunmaktadır. Boru 25.4 mm kalınlığında izolasyon ile kaplıdır. Borunun iç yüzey sıcaklığı 121.1 °C ve izolasyonun dış yüzey sıcaklığı 26.7 °C’dir. 30.5 m uzunluğundaki borudan gerçekleşen ısı kaybını hesaplayınız. Ayrıca, borudaki ısı kaybı sebebiyle 1 saatte yoğuşan buhar miktarını kg cinsinden hesaplayınız. Çelik için ortalama k, 45 W/mK ve izolasyon için 0.182 W/mK’dir. 5384 W, =8.81 kg/h

3. Buhar taşıyan çelik borunun dış çapı 89 mm’dir. Boru ortalama k’sı 0.043 W/mK olan 76 mm kalınlığında izolasyon materyali (lagging) ile kaplanmıştır. İki termokapıldan (ısıleş) 1. si boru duvarı ile izolasyon arasına, 2.si izolasyonun dış kısmına yerleştirilmiştir ve sırasıyla ölçülen değerler 115°C ve 32°C’dir. Borudan metre başına düşen ısı kaybını (W) hesaplayınız.31.018 W

4. Taze bir gıda ürünü soğuk hava deposunda 278 K’de depolanmaktadır. Gıdanın konulduğu kap üstü açık dikdörtgen şeklinde üst kısım hariç diğer kısımları izolasyonludur. Üst kısmındaki hava sıcaklığı 278 K’dir. Kabın derinliği 152,4 mm ve üst kısmın yüzey alanı 0,186 m2’dir. Gıda maddesinin yoğunluğu 641 kg/m3’dür. Solunum ısısı 0,070 kJ/kgh ve ısıl iletkenlik katsayısı 0.346 W/mK’dir. Kararlı halde gıda maddesinin maksimum sıcaklığını bulunuz ve toplam verilen ısıyı W cinsinden hesaplayınız. (Kabın içinde hava sirkülasyonu olmadığını düşünün) 0.353 W

5. 30 mm dış çaplı metal buhar borusunun yüzey sıcaklığı 400 K’dir. Borunun etrafı 20 mm kalınlığında ve k’sı 0,08W/mK olan izolasyon maddesi ile kaplanmıştır. Borunun en dış kısmındaki havanın sıcaklığı 300 K’dir ve havanın konvektif ısı transfer katsayısı 30 W/m2K’dir.

            (a)Yalnız borudan m başına gerçekleşen ısı kaybını ve kritik yarıçapı hesaplayınız.

            (b)İzolasyonlu borudan gerçekleşen ısı kaybını, borunun yüzey sıcaklığının sabit olduğunu düşünerek hesaplayınız. a. 282.7 W, 2.667 mm  b. 54.4 W

6. Sıcaklığı 3°C olan alüminyum teneke kutu içecek düşünün. Kutunun yüksekliği 12.5 cm, çapı 6 cm’dir. Kutu ile kutuyu saran havanın birleştirilmiş konveksiyon/radyasyon ısı transfer sabitleri 25°C’de 10 W/m2°C ise, içeceğin sıcaklığının 10°C’ye yükselmesi için ne kadar süreye ihtiyaç vardır?

Soğuk içeceğin ısınmasını yavaşlatmak üzere, bir kişi kutuyu 1 cm kalınlığında silindirik kutuya tam uyumlu kauçuk (k= 0.13 W/m°C) izolasyon materyaliyle tutmaktadır. Bu durumda kutunun ortalama sıcaklığının 10°C’ye yükselmesi için ne kadar süre geçmelidir? (Kutunun üst kısmının izolasyonsuz olduğunu düşünün) 43.4 dak