IEK 103- OPERAS I UNIT I

Tekspenuh

(1)

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA Peperiksaan Kursus Semester Cuti Panjang

Sidang Akademik 2002/2003 April2003

IEK 103- OPERAS I UNIT I

Masa: 3jam

Sila pastikan bahawa kertas peperiksaan ini mengandungi DUABELAS mukasurat (termasuk tujuh mukasurat Lampiran) yang bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan ini.

Jawab LIMA (5) soalan. Semua soalan mesti dijawab dalam Bahasa Malaysia.

. .. 21-

(2)

-2-

IEK 103 1. (a) Air pada 80°F adalah dipamkan pada kadar aliran malar 6

tetmin

dari satu tangki besar yang terletak di lantai ke bahagian atas yang terbuka suatu menara penyerapan. Titik discas paip ialah 15 ft ke atas lantai dan kerugian geseran di dalam 2 in paip dari tangki ke titik discas ialah 0.8 ft-lb1/lb. Jika pam boleh membekal 1/8 hp, apakan tingginya paras air di dalam tangki itu ?

(50 markah)

(b) Daya suatu propeller skru, F, diketahui bersandar kepada diameter D, halaju V, ketumpatan bendalir p, revolusi sesaat n, dan kelikatan bendalir J..L. Carikan ungkapan untuk F sebagai fungsi dari pembolehubah-pembolehubah lain.

Matriks dimensi adalah seperti berikut:

F D

v

p n J..l

M 1 0 0 1

· o

1

L 1 1 1 -3 0 -1

t

-2 0 -1 0 -1 -1

(50 markah)

2. Suatu cecair yang mempunyai ketumpatan 63.0 lb/ft3 dan kelikatan 2.0 cP dipamkan dari satu tangki besar menerusi satu paip keluli yang mempunyai diameter 3.1 in. Kadar aliran volumetrik ialah 120 gal/min. Titik discas paip ialah 21 ft ke atas paras cecair di dalam tangki besar itu. Jumlah panjang lurus paip ialah 500 ft. Di dalam garispaip terdapat 1 injap cek, 1 injap get dan 2 siku 90°.

Keefisienan pam ialah 65%.

(a) Kirakan kuasakuda pam;

(b) Kirakan perbezaan tekanan menyeberangi pam;

(c) Jika kos tenaga elektrik ialah RM300.00 setiap kuasakudatahun, apakah kos tenaga untuk mengoperasikan pam itu sebulan ?

Kff (injap get)

=

5.6 K11 (injap cek)

=

2.0 Krt (siku 90°) = 0.9 (1 00 markah)

.. .3/-

14

(3)

-3-

IEK 103 3. Dalam sistem paip berikut, suatu pam menarik larutan yang mempunyai graviti spesifik 1.95 daripada satu tangki simpanan menerusi satu paip 3-in. Keefisienan pam ialah 70 %. Halaju cecair di dalam garis sedutan ialah 3 ft/s. Pam tersebut mendiscaskan larutan menerusi satu paip 2-in. ke satu tangki overhead. Hujung paip discas adalah 50 ft ke atas paras larutan di dalam tangki suap.Kerugian geseran di dalam seluruh system paip ialah 15 ft-lb1/lb. Apakah kuasakuda pam itu? Apakah perbezaan tekanan menyeberangi pam ?

(1 00 markah)

4. (a) Hit>:,~kan daya hela yang bertindak ke atas satu tangki simpanan sferis

di::-<-·:ternya 8ft. Angin bertiup pada 14 mi/h (miles per hour/batu sejam).

KH:.-·1patan dan kelikatan masing-masing untuk udara pada keadaan bu:·:: -naan ialah 0.0735 lb/ft3 dan 1.24 X 1

o-s

lb/ft.S. 1 mi = 5280 ft.

(50 markah)

.. .4/-

(4)

-4-

IEK 103 (b) Suatu cecair yang berketumpatan 1200 kg/m3 dan kelikatan 0.11 cP mengalir menerusi satu paip licin mendatar 12 em diameter dan panjangnya 600 m. Kadar aliran air ialah 0.0025 m3/s. Apakah kuasa, dalam unit kW, yang dikehendaki untuk tujuan ini ?

1 W

=

1 J/s, 1 m2/s2

=

1 Nm/kg

=

1 Jlkg

(50 markah)

5. Suatu tangki diametemya 1.2 m dan tingginya 2 m diisikan sedalam 1.2 m dengan satu larutan lateks yang berkelikatan 10 P dan ketumpatan 800 kg/m3 Tangki itu tidak bersesekat. Satu propeller tiga-bilah 360-mm-diameter dipasangkan di dalam tangki tersebut dan diletakkan 360 mm dari dasar tangki. Jarakbenang ialah 1:1.

Motor yang digunakan boleh membekal kuasa 8 kW. Adakah motor ini memcukupi untuk menggerakkan propeller ini pada laju 800 rpm ?

(1 00 markah)

6. (a) Suatu minyak yang mempunyai graviti spesifik 0.85 adalah disalurkan dari satu tangki seperti berikut. Carikan

(i) halaju keluar seperti satu fungsi dari tingginya;

(ii) kadar aliran volumetric, gal/min;

(iii) kadar aliran jisim,lb/s.

. 3 f t

I

30:r _j_

2 f t

::>

=

l

,~o __

iO----ft _

16

(50 markah) .. .51-

(5)

- 5-

IEK 103 (b) Air cecair pada 70°F adalah mengalir menerusi satu paip keluli 3.068 in diameter dan panjang 500 ft. Kadar aliran ialah 230 gal/min. Paip itu berkembang menjadi satu paip diameter 4.026 in. Tekanan-tekanan tolok di stesyen a dan b adalah seperti ditunjukkan.

(i) Hitungkan kerugian geseran di antara stesyen a dan b;

(ii) Jika tiada aliran, apakah perbezaan tekanan akan menjadi ?

(iii) Jika paip itu dipasangkan secara mendatar dengan kadar aliran yang sama, dan anggapkan juga bahawa geseran bendalir tidak berubah, apakah kejatuhan tekanan akan menjadi ?

(50 markah)

4.026 in ID

' - - - 3 . 0 6 8 in ID 100 ft

p a = · I 20 psig

... 61-

(6)
(7)

Tempenture Kelvins

- 6-

VALUES OF GAS

CONSTANT

Mass Euergy kg mol J

calrr cal m3-atm gmol cm3-atm

R 8314.47

1.9859 X 103 1.9873 X 103 82.056 X 10-3 82.056 Degrees Rankine lb mol Btu 1.9858

ft-lb1 1545.3

To convert from acre

atm

Avogadro number barrel (petroleum)

bar

Boltzmann constant Btu

Btuflb Btu/lb-°F Btu/ft2-h Btu/ft2-h-°F Btu-ft/ft2-h-°F

Hp-h 7.8045 X l0-4 kWh 5.8198 X 10-4

CONVERSION FACTORS AND CONSTANTS OF NATURE

To Moltiply byt

ft2 43.560•

m2 4046.85

N/m2 1.01325• X lOS

lb ,/in.. 2 14.696

particles/g mol 6.022169 X 1023

ftl 5.6146

gal (U.S.) 42•

ml 0.15899

N/m2 1• X lOS

lb 1/in. 2 14.504

JfK 1.380622 X 10- 23

calrr 251.996

ft-lb1 778.17

J 1055.06

kWh 2.9307 X 10-4

calrr/g 0.55556

calrr/g-oC 1•

W/m2 3.1546

W/m2-°C 5.6783

kcal/m2-h-K 4.882

W-m/m2-°C 1.73073

kcal/m-h-K 1.488

(Continued)

IEK 103 LAMPI RAN

(8)

- .7-

To convert from To

calrr Btu

ft-lb1 1

cal 1

em m.

ft

cmJ ft3

gal (U.S)

cP (centipoise) kg/m-s

lb/ft-h lb/ft-s

eSt (centistoke) m 2/s

faraday Cjg mol

ft m

ft-lb1 Btu

calrr 1

ft-lb 1/s Btufh

hp

ft2/h m 2/s

cm2/s

ft3 cm3

gal (U.S.) L

ft3-atm Btu

calrr 1

ft 3/s gal (U.S)/min

gal (U.S.) ft3

in.3 gravitational constant N-m2jkg2 gravity acceleration, standard m/s2

h mm

s

hp Btujh

kW

hp/1000 gal kW/m3

m. em

in. 3 cmJ

1 erg

ft-Ib1

kg lb

kWh Btu

L mJ

lb kg

lb/ft3 kg/m3

g/cmJ

lb1(m.2 N/m2

lb mol/ft2-h kg moljm2-s g moljcm2-s

light, speed of mjs

Multiply byt 3.9683 X 10-J 3.0873

4.1868·

4.184·

0.39370 0.0328084 3.531467 x 10-s 2.64172 X 10-4

h ·x 10- 3 2.4191

6.7197

x

10-4

h X 10-6 9.648670 X 104 0.3048·

1.2851 X 10- 3 0.32383

1.35582 4.6262

1.81818 X 10- 3 2.581 x 10-s 0.2581

2.8316839 X 104 7.48052

28.31684 2.71948 685.29 2.8692 X 103 448.83 0.13368 231•

6.673 X 10-11 9.80665·

60·

3600·

2544.43 0.74624 0.197 2.54·

16.3871 1• X 107 0.73756 2.20462 3412.1 1• X 10-J 0.45359237•

16.018 0.016018 6.89473 X 103 1.3562 X 10-3 1.3562 X 10-4

20

2.997925 X 10

8

(Continued}

IEK 103 LAMPI RAN

.. .

f}'-

(9)

- 8 -

To convert from To

m ft

m.

mJ ft3

gal (U.S.)

N dyn

lb/

N/m2 lb1/in.2

Planck constant J-s

proof (U.S.) percent alcohol by volume

ton (long) kg

lb

ton (short) lb

ton (metric) kg

lb

yd ft

m

t Values that end in an asterisk are exact, by definition.

Multiply byt

3.280840 39.3701 35.3147 264.17

}$X 105 0.22481 1.4498 X 10-4 6.626196 X 10~34

0.5 1016 2240•

2000·

1000·

2204.6 3•

0.9144•

IEK 103 LAMPI RAN

. .. 9/-

(10)

'' ' ' '

I I I I i : I I I I I I

I I I I II I I i I I !

I I i

I I I

I l I

I

l! I I

I

I

I

I I I Ill

I I

' ' ' ' ' I : I

I ! I I I . I I I I I I

I ' I I I' ' ' I i I I I I I I

II

I I

I I' I , I

I

! I 'I

i

' I I

I

I

i I I i Ill

! I

I II I

I I

' ' ' ' I '. '

I I I I ! I i I I I I

I I I I II ! I ! I I i I

I I I I' :

I l

I ! I ! I I

i I

I

I i ! i I I I i i I

' I : I t ' ' ' ' '

I I I I ~ I I I ; I I

I I I li

!

I I I i

I

i I I

'

I !

I I I I :

i i

I

II!

I

I

II I I Ill

l i I I

I

'

i

I

I I

' ' : I I ; '

I I I : I I i I I I I I

I I

:

I i I I ! II i

I I I

II ! I I i

I

I I I

I i I II I I Ill I

I

! I'

. I I I

' ' ' ' ' ' ' I .

I I I I I ! I I ! I f ! I

I l i i II ! i I! I I

I

I I I !

I

I I

I I

I I

I

I l

'

Ill I

' ' ' ' ' ' I

I I I I I ! I I I I ' I : . I

I I I ! I ; I ! I

.

: I : ' ' I I

Ill I I

I' i I

I I 'I

I

!

i I I

- 9.-

.

' ' I I f

I I I J. ! II ' j i. I \

I :I

l.l D

II I I

:

}.11 ~

i ~ I I ~:Ill·

I

I

'' . ' ' '

II i I I , I I

i I I i ! ; I ' I ! a!l I i i I

! II I I

1•l II 11 I I i I '

I I

II ~ ~!I!

!

I

' I I I

~

t..J ct f----1~' ',1 ' I I I !

I I

~ ~

~ - ! I

Ill

I !

~ ~ ::J

~I I II 'It

· - I

I

j '

I

V)

~ N~ill i

' I

; I I I ~ I I I I

I

I I I? : ' ! I I

I

I I I

i I I I

I

, ' I I I

y :

II I

I I

I

. l I , 1

Vl

.

I I

I t I I

I\

I

Y1l I

I i i

I I

II ' I I I I I I ' I : ' ' '

I i i I I ' !1/ I I

II ! I

I I

i I )/ . II

II I v.~ I I I

I

I

' ' : I ~ ' ' :

I i I I V/ I I j I I I ;

II I ! ~I II i ! . : i !

II d

I I

. i .l I

II ~ ~~r I

' ' ' ' I

i: I , I I ' I I

! I 0-~ !." I ! I I !

Yi I /1 i

I ' I I I I . I I I ' I I

I

IEK 103 LAMP IRAN

0 0 0 0- 0 o_

0 0

o_

0

Q 0:- L:J Q)

:::> ~

z

(f)

0

_J

0

z

>-

0:: L:J

i I I i! i

I I lj

I

.

'

I

I

'

VIII/{ I I Ill I

I i !

' I I I I ' I .fl'o

; I I I i i I ! I ,~-'_ I

I I I II I I /-

I I I Jlj'

/

'I I I I V/1 I //I

I I I I 6

I I I I I L /"'

: I I II

A'

I

I I I W!i I

I! I V/i

I I

, Lr

.

' f I ; '

I I I,V. I I: !

1/:r

' 111

0 0

11

g

I

I

I ! I '-/I

I j{

J// I i

0 0 0 C5

I

! I

I

I

!

1 ' '

I I [ / I

/rl 1v

I!

I f I I I

I '

Ill I I

0 0

o_

I

; I

I

I !

I

:

I I '

I

/

' I , I

Lr~

I i

I ' I I I

I!

I Ill

I I

I !

II .

II

II

llj

0 0

~ ' ' I

I I I I

l i I

I I

I

: !

I I

I I i '

I I I

.. i I I

' '

I '

! I

I

II

I

I

I II

0

I ; I I I

! I

I i I I

i I I

I

I

.

'

I

I I

I I

I I

! I

I

I I

; I '

I I I

I ! I

I

I I I I

i i i

I . I

i '

I :

I

I I

I

I I !

l

I ' I

I I

!

'

I

I

0

0

0 0

0

0 0

---:8

0

~ ,..., ...

;::::> 0

-

t:::.

10/

'

'

\,

c. t

.... ....

<:

...::

·-

"

"

:

-

;:.

....

l -

~

t;

""C

~

>

u

~

c:

.,:,t. v.

"'

""C

,;

:J :... tJ

c. v. :..

~ v.

· u

Q

E () (.) c e: c: C;

...

(11)

PROPERTIES OF LIQUID WATER

Temperature T, Viscosityt JI,

OF cP

32 1.794

40 1.546

50 1.310

60 1.129

70 0.982

80 0.862

90 0.764

100 0.682

120 0.559

140 0.470

160 0.401

180 0.347

200 0.305

220 0.270

240 0.242

260 0.218

280 0.199

300 0.185

Thermal cooductivity:j: k, Btu/ft-h-°F 0.320 0.326 0.333 0.340 0.346 0.352 0.358 0.362 0.371 0.378 0.384 0.388 0.392 0.394 0.396 0.396 0.396 0.396

10 -

Density§ p, lb/fr-1 62.42 62.43 62.42 62.37 62.30 62.22 62.11 62.00 61.71 61.38 61.00 60.58 60.13 59.63 59.10 58.53 57.94 57.31

. -· .

(~plg)lll Ytf= - -

,r

1;410 1,590 1,810 2,050 2,290 2,530 2,780 3,020 3,530 4,030 4,530 5,020 5,500 5,960 6,420 6,830 7,210 7,510 t From International Critical Tables, vol. 5, McGraw-Hill Book Company, New York, 1929, P· 10.

t From E. Schmidt and W. Sellschopp, Forsch. Geb. lngenieurw., 3:277 (1932).

w·1 &

§Calculated from J. H. Keenan and F. G. Keyes, Thtmnodynamic Properti~s of Steam. John 1 ey Sons.. Inc .. New York. 1937.

IEK 103

LAMP IRAN

. .. llf-

(12)

S I Dc/Da

s2

E/D a Rajah

s3

= L/Da

s4

W/Da

ss

J/Dc

s6

H/Dt

m P (a- log NR~)/b

- 11-

1 = 1 = = ::.

IEK 103 LAMP IRAN

~~~iLl]~~~~~<

--- .. .. . --· ·- --.

-: ~~-rr~;~.

-- ·-.. .. 1_:~==~. :-:_I_..

- - -· . . t--- -·--· .. - - - - 1---i-+1·+1-!·111'--;--t-·1-t"

- - ... 1--t- . - , - -· - - --·· 1 - - 1 - 100 =-::

~j:. . ;:.:: ~~~::: . ~~~:-~~~ : I (

3 ): ==~- ~- ~~~ ~~ ~=:

- -·

---

·- -·--

srr

-·~--

~~~; --- I l

= : = -:: ·· ~4.-Sesekat

~~ ~ ~:: ~ l~I:J:H~·I+11

A

1 --·· - 1-1· -~·

-nJinl

P,..,.l" ·- · tanpnsese·ka t

10 ='=···:: =-=-=.: :: : ;. : .

--·- ..

-==--.::. : · . .

; - - -··-·

~--r-- .. 1--l-t-rl· . 1 - - - -..

Jnn: 111118

I

I 10 102 10~ 104 0~

"ne=-Dfni'/P

Fungsi kuasa 4> lwn Nne b~gi turbin 6 bilah.

Jadual Pemalar a dan b.

··-

f.'ig. /,ine (I b

IJ-14

u

1.0 •IU .0

!.1-1 [> II 1.7 IM.O

~··l [, c ll IIi. ll

!I-I;; 1.) :.!.:1 l!S. (I

Tanpaseseka·

Rajah Fungs 1 kuns a

4>

1 wn N bagi propelex 3 bilnh Re

24

(13)

~ ---

I

l'~ 0

qp

0 0 I

1.0

0.1

~

~

-~

['-.

"'

"

f

0.01

o.oo\ 02

FIGURE.

.Friction-factor chart.

-

'" "'~

~

-

- t--·

"' ....

~ - !!!!!!; 1:::::,.

-- ...

t -~=---.:: §§==:

.,..

r-=:::::::

-

:;::,;

..

103

.104

NRe

Moleriol

k, II

Drown tubing Smooth Wrought iron, s tee! Q000/5 Go!vanized iron 00005

Cos/ iron 000085

Concrete 001-000/

k/0

0.004\

0.00~

Ill

0.001\

0.0006

. \ .

0.0004.

_y Lt \ \. _\

L:t \ \

'\' \

~ ~

.,.

Smooth~ f"!'

-

... &.

0.0000/

~--'v

[["

t-t"'--1

-

t -

\ . \0.0002

0.00005

1

II Q.oo~tl1J

tcf

10'

'

107

i ~

1--' N

I

H tzj

~ 1--' 0 w

(14)

26

Figura

Updating...

Rujukan

Updating...

Tajuk-tajuk berkaitan :