IEK 103 - Operasi Unit I

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA Peperiksaan Semester Pertama

Sidang Akademik 2004/2005 Oktober 2004

IEK 103 - Operasi Unit I

Masa: 3jam

Sila pastikan bahawa kertas peperiksaan ini mengandungi SEMBILAN muka surat yang bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan ini.

Jawab LIMA soalan. Semua soalan mesti dijawab dalam Bahasa Malaysia.

. .

-2J-

I. (a) Satu penyiring selanjar graviti &an memisahkan 2000 kg/h klorobenzena yang berketumpatan 1150 kg/m3 daripada suatu cecair pembasuh akeus yang berkadar aliran 2100 kg/h dan berketumpatan 1050 kg/m3. Jika masa pemastautinan ialah 20 minit dan 15 % kelebihan diberikan untuk rekabentuk, apakah isipadu alat pemisah tersebut ?

(50 markah) (b) Satu manometer merkuri seperti ditunjukkan disambungkan kepada satu garispaip yang membawa air pada 140 ^OF. Jika z = 10 ft dan y ⁼ 48 in, apakah tekanan di dalam paip A ? Ketumpatan merkuri ialah 834.89 lb/ft3.

(50 markah)

2. (a) Satu bendalir yang mempunyai graviti spesifik 0.90 mengalir di dalam satu paip mendatar yang mempunyai dua bahagian. Bahagian 1 mempunyai diameter 100 mm manakala diameter bahagian 2 ialah 40 mm. Jika kadar aliran di dalam bahagian 1 ialah 1.18 x 10- m /s, ^{2 3} kirakan

(i) halaju di dalam kedua-dua bahagian;

(ii) kadar aliran jisim;

(iii) halaju jisim di dalam kedua-dua bahagian.

(50 markah)

. .

.3/-

- 3 -

[IEK 1031

l o f t

I

I

(b) Untuk satu proses aliran tertentu, pembolehubah-pembolehubah berikut merupakan pembolehubah yang mempengaruhi proses tersebut. Dengan menggunakan kaedah Teorem Buckingham, dapakan satu perhubungan di antara pembolehubah tersebut.

1 hp = 550 ft-lbf/sec 1ft3= 7.48 gal

[Ap]

=FE2

[L]

=z PI =z

^[V]

⁼³

[&I =

m/i?

c

--

[p] = M/Lt [p] =

m-3

^{[k] = L}

(50 markah) 3. (a) Hitungkan kos tenaga yang dikehendaki mempamkan10,OOO kg minyak sejam sepanjang satu garispaip mendatar yang mempunyai diameter 100 mm dan panjangnya 1.6 km. Ketumpatan dan kelikatan minyak tersebut ialah masing- masing 915 kg/m3 dan 1.7019 kg/m.s. Keefisienan pam ialah 70 % dan kos tenaga elektrik ialah RM0.05 setiap kWh.

(50 markah) (b) Satu 25-hp pam digunakan untuk menghantarkan suatu cecair organik yang

berketumpatan 55 lb/ft3 menerusi satu sistem paip seperti di bawah. Kadar aliran cecair ialah 4488 gal/min. Hitungkan kerugian geseran di antara stesyen

1 dan 2, dalam unit ft-lbalb.

(50 markah)

I

p, 1 atm A, = 1 f t 2

...

4f-

4. Di dalam sistem berikut, pam itu menarik satu larutan yang bergraviti spesifik 1.85 dari satu tangki penyimpan menerusi satu paip keluli 3-in. Keefisienan pam ialah 70%. Halaju di dalam garis sedutan pam ialah 3 ft/s. Pam tersebut mendiscas menerusi satu paip 2-in ke satu tangki overhead. Hujung paip discas ialah 50 Et ke atas paras larutan di dalam tangki suap. Kerugian geseran di dalam seluruh sistem paip ialah 12 ft-lb$lb. Apakah tekanan mesti pam itu mengembangkan, dalam lb$in2? Apakah kuasakuda pam itu ?

(1 00 markah)

5 . Satu meter venturi yang mempunyai diameter kerongkongan 50 mm digunakan untuk menyukat kadar aliran air pada 16 OC di dalam satu paip diameternya 150 mm.

Kejatuhan tekanan di antara paip dan kerongkongan meter venturi ialah 980.7 N/m2.

Kadar aliran jisim ialah 2.7 kg/s. Dari data yang diberikan, hitungkan koefisien meter venturi ini.

(1 00 markah)

...

51-

[IEK 1031 6 . (a) Satu cecair yang berketumpatan 65 lb/ft3 dan kelikatan 0.08 CP mengalir menerusi satu paip keluli mendatar yang berdiameter 4 in dan panjangnya 500 m. Kadar aliran volumetrik ialah 40 gallmin. Apakah kuasa yang dikehendaki untuk aliran ini ?

(40 markah) (b) Satu tangki yang mempunyai diameter 4.5 ft dan tinggi 6.5 ft adalah diisikan sedalam 4

ft

dengan satu cecair yang berkelikatan 1000 CP dan berketumpatan 50 lb/ft3. Tangki itu digunakan tanpa sesekat. Satu propeller tiga-bilah diameter 10 in dipasangkan di dalam tangki itu 1 ft dari dasarnya. Jarak benang ialah 1 : 1. Motor yang dibekalkan boleh memberikan 3.0 hp. Adakah motor itu memadai untuk menggerakkan pengaduk tersebut pada 980 rpm ?

(60 markah)

. .

.6/-

acrc

FACTORS AND CONSTANTS OF NATURE

To Multiply byt

To conrcrt iron1

It-1 b,,k It’p

rt’

J

k6 kWh

L Ib 1b/ft3

lb//in.:

Ib mol/i:’-h

light, r p d of ni

m’

N

Nlm’

Pianck ;o:xL:t proof (LS) ton (Ions)

ton (short) ton (nie:;ic)

It’

m’

N/m’

ft-lb, J J in.

rt

It3

gal (US) kg/m-s Ibflt-s m‘js Clg mol m Btu 4 r J BtUpI

hP m‘/s

C d I S cm’

. P I (U.S.) L Btu cal, J gal (U.S)/min It’

in.’ . N-ml/kg’

m/s’

min

Btu/h kW kW/m’

cm’

erg It-lb, Ib Btu m’

k6 kdm’

glcm’

Njm’

Ib/I[-h

s

m

43.566.

w6.85 1.01325. x 10’

14.696 6.022169 x 10:’

5.6146 42.

0.15899 I. x 105 14504 1.380622 x IO-”

251996 778.17 1055.06 29307 x 10- 055556 1.

3.1546 5.6783 4.882 1.73073 1.488 3.9683 x 10-3 3.0573 4.1 568.

4.184.

0.39370 0.0328084 3531467 x 10-5 264172 x 10-4

10 x 10-3 24191 6.7197 x 10-4 1. x 10-6 9.648670 x 104 0.3048.

12851 x 10’’

0.32383 , 1.35582 4.6262 1.81818 x IO-’

2581 x 10-5 0.258 1 28316839 x 10‘

7.48052

-

28.31684 271948 685.29 28692 x 10’

448.83 0.13368 231.

6.673 x 10-1’

9.806650 60.

3600.

2544.43 0.74624 0.197 254.

16.3871 1. x 10’

0.73756 220462 34121 I* x 1 0 - 3

0.45359237- 16.018 0.0160018 6.89473 x 10a 13562 x 10-’

1.3562 x IO-.

2997925 x 108 3.280840 39.3701 35.3147 264.17 0.22481 1.4498 x 10-‘

6.626196 x 10-34 0.5

1016 2240.

2000.

IMM.

2204.6 I* x 105

.3.-

7 I-

LAMPIRAN

PROPERTIES OF LIQUID WATER

Tbermal

Temperature T, Viscosityt p', conductivity$ k, Density8 p,

"F C P Btu/ft-h-"F Ib/fp

32 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300

1.794 1.546 1.3 10 1.129 0.982 0.862 0.764 0.682 0.559 0.470 0.40.1 0.347 0.305 0.270 0.242 0.2 18 0.199 0.185

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

62.42 62.43 62.42 62.37 62.30 62.22 62.1 1 62.00 61.71 61.38 61.00 60.58 60.13 59.63 59.10 58.53 57.94 57.3

1

1,410 1,590 1,8 10 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,s 10

t

From International Critical Tables, vol. 5, McGraw-Hill

Book

Company, New

York,

1929, p. 10.

$' From E. Schmidt and

W.

Sellschopp, Forsch. Geb. Ingenieurw., 3:277 (1932).

$Calculated from J. H. Keenan and F. G. Keyes, Thermodynamic Properties of Steam, John _Wiley &

Sons.. Inc.. New York. 1937.

. .

^{. 8 / -}

. .

^.9/-

Fig. Line U

9-14 B ¹ .o

415 B 1.7

9-15 C 0

9-15 D 2.3

Fidure 9,14 Power function

+

^{OS. NB,} for six-blade turbine.

b

40.0 18.0 18 .O 18.0

s1

=-D&~, s2= E / D ~

s5 = J/D,

,

s6 = H / D ~ S3:-= _L/Da

,

_{S4 = W/D,}

?

Table 9-1 Constants a and b

:RAN

Figure 9-15 Power function

+

^{vs. ih}for fhree-bladed pope&r8.

000000000