IEK 103 - OPERAS1 UNIT I

(1)

UNIVERSITI SANS MALAYSIA Peperiksaan Semester Kedua Sidang Akademik 2003/2004

FebruadMac 2004

IEK 103 - OPERAS1 UNIT I

Masa : 3 jam

Sila pastikan bahawa kertas soalan ini mengandungi LAPAN mukasurat (termasuk empat keping Lampiran) yang bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan ini.

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

. .

.2/-

(2)

1.

P K 1031 - 2 -

(a) Satu paip yang mempunyai diameter 0.15 m dipasangkan dengan satu meter orifis yang mempunyai diameter 0.10 m. Satu manometer tegak dipasangkan menyeberangi plat orifis tersebut. Bendalir manometer ialah merkuri yang mempunyai graviti spesifik 13.6. Air mengisi lengan-lengan manometer.

Bacaan manometer ialah 0.254 m. Jika koefisien orifis bernilai 0.60, apakah kadar aliran volumetrik air pada 15.56

"C?

Ketumpatan air pada 15.56 "C (60'F) ialah 999.0 kg/m3.

(70 markah) (b) Satu manometer dipasangkan ke atas ^satu garispaip seperti ditunjukkan.

Minyak yang bergraviti spesifik 0.9 mengalir di dalam paip. Bendalir manometer tersebut ialah merkuri (graviti spesifik = 13.6) dan bacaan manometer ialah 4.0 in. Apakah nilai p1- pz?

(30 markah) 2. Satu paip keluli mendatar diameternya 0.0526 m dan panjangnya 30.48 m.

Kekasaran paip ialah k ₌0.000045 m, Suatu bendalir yang berketumpatan 1200 kg/m' dan kelikatan 0.01 N.s/m2 mengalir di dalam paip pada kadar 9.085 m3h.

Kirakm

(a) kejatuhan tekanan,

N/m2;

(b) kuasa yang dikehendaki unfuk aliran tersebut.

(1 00 markah)

(3)

[IEK 1031 - 3 -

3. (a) Suatu tangki diisikan dengan satu cecair

yang

berkelikatan 0.08 N.s/m2 dan ketumpatan 975 kg/m3. Tangki itu fanpa sesekat. Satu turbin 6-bilah datar yang mempunyai diameter 0.15 m memutar pada 18 rps dipasangkan di dalam tangki itu 0.15 m dari dasar tangki. Apakah kuasa yang dikehendaki untuk sistem tersebut?

(50 markah) (b) Dua takungan air terbuka seperti ditunjukkan adalah disambungkan melalui

satu paip licin diameternya 10 in.

dan

panjangnya 4000

A.

_Parasair di dalam takungan atas adalah 120

ft

ke atas paras air di dalam takungan rendah itu.

Kadar aliran volumetrik ialah

4.5

ft3/s pada 70 ^OF.Kirakan (i) kerugian geseran untuk sistem paip ;

(ii) apakah nilai tekanan p3?

3, = o

PI = o

1

120 ft

(50 markah) 4. Satu cecair yang mempunyai ketumpatan 63.5 lb/ft3 dan kelikatan 1.35

CP

adalah dipamkan memalui satu paip keluli diameternya 2 in ke bahagian atas suatu tangki penyimpan yang terbuka kepada atmosfera. Kadar aliran cecair tersebut ialah 120 gal/min. Titik discas paip ialah 60 ft ke atas pam,

dan

panjang setara paip keluli lurus dari pam

ke

tan& ialah 175

A.

J i b tekanan di sedutan pam ialah 20 lb$in2, dan keefisienan pam ialah

65%,

_kirakan

(a) kuasakuda pam;

(b) tekanan di ski discas pam;

(c) Jika kos tenaga elektrik ialah 7 sen setiap kWh (kilowatt-jam), apakah kos tenaga untuk mempamkan cecair ini sehari?

(1 00 markah)

. .

^.4f-

(4)

[IEK 1031 - 4 -

5. Pertimbangkan pemindahan haba maIalui perolakan semulajadi antara suatu piat tegak yang

dipanaskan

(atau disejukkan) tingginya L pada suhu seragam

Tw

dengan bendalir di pekelilingnya yang lebih sejuk (atau lebih panas) pada

suhu

seragm Ta.

Koefisien pernindahan haba ternpatan

hx

di tinggi

x

adalah berdasarkan kepada perbezaan suhu tempatan antara plat dengan bendaIir:

hx

= (dq/dA)(Tw - Ta). Terdapat bahawa faktor-faktor fizikal berikut adalah terlibat dalam proses tersebut:

folx, x, k,

c,,

p, p,

P,

AT, 9) = 0

Dengan menggunakan teorem Buckingham, dapatkan perhubungan di antara pembolehubah-pembolehubah di atas. Matriks dirnensi adalah seperti berikut:

k

P

- - M 1 0

¹ ⁰ ¹ ¹ ⁰

0 0

* t -3 0 -3 -2 0 -1 0 0 -2

L 0 1 1 2 -3 -1 0 0 1

T -I 0 -I -1 0 0 -1 1 0

-

(100 markah) 6 . (a) Suatu meter venturi mendatar yang mernpunyai diameter keronkongannya 2.50 cm adalah dipasmgkan di dalam satu garispaip yang berdiameter 7.82 cm. Air pada 26.67 OC mengalir rnenerusi garis hi. Manometer merlsuri adalah digunakan. Jika bacaan manometer ialah 39.0 cm, apakah nilai kadar aliran jisim &lam unit kg/s? Jika 10% tekanan diferensial itu telah dirugi, apakah penggunahabisan kusa meter itu?

(60 markah)

4 2

@) Minyak (p = 900 kg/m3 dan v = 2

x

10 m /s) mengalir di dalam satu saluran licin segiempat ^sama5

x

5 cm pada halaju purata 4.0 ds. Apakah kejatuhan tekanan di dalam 25 rn panjang saluran?

(40 markah)

2 8

(5)

CONVERSION -

⁵

-

FACTORS A N D CONSTANTS OF NATURE

.- . . .. . ... .

To conicri born To

a m arm

Avogidro n u m k bpml @elrolcum)

Btupb Btu/lb-*F Bt@t'-h Btu/lt'-h-'F 3tu-[t/ll*-h-*F

cP (cmtipaise)

V-arm

pviiatbml cowlant gravity aderation, stmdard h

hp hP/lO(X) PI

111.

in.' J kg tWh L Ib Ibm' lb,fin.' Ib mol/ft'-h lighg speed of

m ma

N N/m' Plan& CONUnt ton (long) Ion (short) ton (mric) i d prod (US.)

=!IT

J

=Ill

J

percent alcohol by volume lb

kg Ib lb I1 m

t

435&

1016.85 1.01325i x 10' 14.696 ''

6022169 x 10'' 5.6146 42.

0.15899 I* x 10' 14.m 1380622 x 10-l' 2S1.996

lO55.M 055556 1.

3.1546 5.6783 .

4.882 1.73073 1.488 3.0873 4.18650 4.184.

0.39370 0.0328084 3.531467 x 10'' 264172 x 10-'

1. x 10-1 24191 6.7197 x 10-' I. x 10-6' 9.648670 x 1V 03048.

13851 x 10-' '

0.32383 ,

135582 4.6262 1.81818 x 10-' 2581 x IO-' 0,2581 28316839 x 10' 7.48052

-

2831684 2.71948 685.29 28692 x 10' 448.83 0.13368 231.

6.673 x 10""

9.80665, 60.

3600*

2544.43 0.74624

' 0.197 2%

16.3871 1. x 10' 0.73756 220462 34121 I* x 10-' 0.45359237r 16.018 0.016018 6.89473 x 10' 1 3 6 2 x 10-l 13562 x IOm4 1997925 x 10' 393701 353147 '

264.17

10 x 10' 032481 1.4498 x 10-' 6.626196 x 10-'b 0.5 :

1016 .. . 2240.

2ooor 10%

2204.6 03144.

178.17 29307 x 20-•

3~gas3 lo-j .

3.280~0

-3* ..'

IEK 103 LAMPIRAN

.

^-61-

(6)

PROPERTIES -

⁶

- OF LIQUID

WATER

IEK 103

7

Thermal

Temperature

T,

Viscosity$ p', conductivity$ k, . Density$ p,

"F C P Btdft-h-OF lb/fP

-

32 _1.794 0.320 62.42 1,410

40 1.546 _0.326 62.43 1,590

50 1.310 ^, 0.333 62.42 1,810

60 1.129 0.340 62.37 2,050

70

0.982 0.346 ^62.30 2,290

80 0.8 62 0,352 62.22 2,530

90 0.764 0.358 62.1 1 2,780

100 0,682 0.362 62.00 3,020

120 0.554

0.371

61.71 3,530

140 0.470 0.378 61.38 4,030

160 0.40 1 0.384 61.00 4,530

1

ao

0.347 0.388 60.58 5,020

200 0.305 0.392 60.13 5,500

220 0.270 0.394 59.63 5,960

240 0.242 0.396 59.10 6,420

260

0.2 1% 0.396 58.53 6,830

280 0.199 0.396 57.94 7,210

300 0.185 0.396 . ^57.31 ^7,510

t

^FromInternafionul Critical Tables, vol. 5, McGraw-Kill Book Company, New York, 19299 p. l0*

3

From E. Schmidt and W. Selkchopp, Forsch. Geb. Zngenieunv., 3:277 (1932).

0 Calculated from J. H. Keenan and F. G. Keyes, Thermodynamic Properties ^{O l}Sfems John Sons.. Inc.. New York. 1937.

a

3 0

(7)

- 7 -

0-14 0-15 9-15

&I5

IEK 103

LAplpIRAN

If 1 .o 40 .o

I.? ^? 1860 B

C 0 . 18 *o,

n

5.3 . 18.0

. ⁱ

, s1 = D,/D, s2 = E/D,

s3

⁼^L/D,

S4 = W/D, s5 = J/D, Sg = H/D,

'8.

J a d u s l Peialar a dan b.

.

. .. .

Tanpase

Rajah Fungsi lcuasn (p ^lwn NRe bngi propeler 3 b i l a h

.8/-

(8)

. .

. I

. ^-.^.

. .

. . . .