ekc 12i . aliran bendalir kejuruteraan kimia - EPrints USM

UNIVERSITI

SAINS

MALAYSIA

Peperiksaan Semester Kedua Sidang Akademik ^1994195

April

¹⁹⁹⁵

EKC 12I . ALIRAN BENDALIR KEJURUTERAAN KIMIA

Masa:

_[3 ^jam]

ARAHAN KEPADA CALON:

Sila pastikan bahawa kertas soalan

ini

mengandungi

ENAM (6)

muka surat dan

ENAM

(6) lampiran bercetak sebelum anda memulakan peperiksaan.

Kertas ini mengandungi

LIMA (5)

^soalan,

Jawab

EMPAT (4) soalan.

Soalan

Nombor I

dan Nombor

2

adalah diwqiibkan dan pilih dua soalan dari nombor 3, 4 dan 5.

Soalan

No. 1 MESTI dijawab

dalam Bahasa

Malaysia. Anda

dibolehkan menjawab soalan-soalan lain dalam Bahasa Inggeris.

Soalan terjemahan Bahasa Inggeris ditaip dalam bentuk tulisan Italic.

4T -

...2t-

t, lal

IEKC r2U

-2-

Mnyak

yang mempunyai spesifik

graviti

0.80 membuat dua lapisan dengan air (lapisan minyak dan lapisan

air) di

dalam sebuah

tangki

sedalam 3.05m.

Tebal lapisan minyak tersebut ialah

0,91m.

Berapakah tekanan

di

dasar tangki tersebut?

Oit with

a

specifrc

gnvtty

of 0.80

is

0.91

m

deep in

an

open

tanf

which is otherwise

frlled with water. lf the tank is 3.05 m deep, what is

^the

p/?ssu/e at

the boftam of the tank?

(50 _markah) Satu

blok

seberat 45.36

kgf

dan berkeluasan 0.37 m2 mengelonsor

di

atas sebuah papan

yang

$enget dengan satu kelajuan

t€tap. Ruang

minyak diantara

blok

dan papan adalah 0.03 sm tebal, papan tersebut disengetkan pada sudut

30"

dan kelajuan

blok

ialah

2 m/s.

Carikanikirakan kelikatan lapisan

pelincir

(viscosity) dengan menimbangkan batrawa papan tersebut berpermukaan licin.

A

block

weighing 45.90

kgf and

haing an

atea

of 0.37 rrf

^{slides down}

an

inclined

^plane with

a

constant

velocity. An oilgap

between

the

block

and the

^{ptane rs}

0.03

cm thic4,

the

inclination

of the

plane

is

30"

to

the horizontat and

the

velacity

of

the block

is

2

m/s. Find

the viscosity

of

the

lubicating

film;

considerthe

plane is a smooffi surfaoe.

tbl

2.

(50 _markah)

[a]

Satu meter

venturi

seperti

di

dalam rajah

2[a],

mengandungi leher luas ^A.2 pada satu paip luas ^A,1, digunakan untuk mengukur kadar aliran volumetrik

satu

ceoair

yang

mempunyai

berat

spesifik

(16). Satu

manometer yang menggunakan cecair yang lebih berat

(TJ

disambungkan seperti

di

dalam gambarajatr

dan

menghasilkan bacaan

h- meter. Apakah kadar

aliran cecair? Abaikan kesan kelikatan.

A ventui

meter in Fig. 2[aJ consisfs

of

throat of

circular

arca A2

in a

^pipe

of

circular area

Ar and is

usEd

fo ft,easuft,

the volumetric

flow

rate

af

a

liquid of

specifrc

weight (fi. A manoneter

connec'ted

as

shown

in

the figure.

uses a heaviar liquid of speciftc weight (yo) and indicates

^a

deflection of

h, neters.

What is flre

flow rate?

Neglect wscous

elbcfs.

tr 4

..31-

tbl

IEKC l2U

-3-

Raiah 2fal

(50 markah)

Meter venturi

seperti

Rajah 2[b]

mengandungi

udara yang margalir

^di

dalamnya. Manometer mengandungi

air

dan

raksa.

Luas keratan rentas di hulu adalah 0.93 m2 dan dileher 0.093

mt.

Apakah kadar aliran volumetrik bagi udara tersebut? Angkali semburan (C")

:

1.0.

The

venturi

meter in Fig. 2[bJ has

airflowing through it.

The manorneter'

confains both mercury and water. Ifie crcss-secfional area at

^thg

upstream location aia at the thrcat are O.$ fff and 0.093 nf,

rcspectivety.

What

is

the volumetric flow

nte

of

the aift

^The

di*harge

coeffrcient

(C)

is equal

to

1.4.

(50 _markah)

43

Rairh 2tbl

rl

..41-

3.

lal

IEKC 12ll

-4-

Nyatakan persamaan barometric dalam bentuk bezaan

(differential

form) serta terang;kan

had-hadnya.

Tunjukkan bagaimana persamaan

ini

boleh digunakan bagi cecair yang ketumpatan berubah-ubah.

Sfafe the barometic equation on its differcntial form and explain

its

limitations.

Show

haw

tttis equation can

be

used

for

fluids with changing densifies.

(30 markah) Satu telaga gas asli mengandungi metana

(M : 16 glmol),

yang dianggap sebagai

gas unggul,

Tekanan

pada

permukaan

telaga 70.31 kgflcm'.

Berapakah tekanan

pada 3 km

dalam telaga

tersebut. Berapa

banyak kesilapan akan dibuat

jika

diandaikan ketumpatan rnetana

tidak

berubah?

Andaikan takungan gas tersebut bersuhu tetap pada 70oF.

A natunlgas wellcontains

methane

(M =

¹⁶

g/mol),

^{which is}

pnffically a

perfect

gas. Ihe

pressure

at the

sufface

is

70.31 kgf/cnf

.

^What is fhe

pressurc at the depth of 3 Rm? How much enor would be

^made

by assuming that methane is a constant4ensity fluid? Assume

^the

reservior

tempenture is

constant

at

70"F.

(70 _markah)

tal

Lakarkan hubungkait antara garispusat paip _dengan kos-kos yang berbeza dengan menunjukkan

posisi

garispusat

optimum paip tersebut.

Apakah yang dapat diterangkan oleh gambarajah tersebut?

Sketch the rclationship between pipe diameter and mious

cosfs, showing

the

position

of optimum

^pipe

diarneter.

What

does ffrb Figurc

indicate?

(30 markah)

tbl

.st-

ir 4

tbI

IEKC 12ll -5-

Air dipam

menenrsi

paip 3 inci,

seperti

yang ditunjukkan di Rajah

^4.

Panjang paip dan panjang setara pemasangan ialah

700m.

^{Kadar alirannya}

150 US gaVmin.

Water

is

being

pumped through a

3-in

pipe, as

^shown

in Fig' 4' Th'

tength

of

the

pipe

ptus the equivatent tength

for

frttings

is

⁷⁰⁰

m.

^The

design

ftow

^ta,te

is 150.

US gaUmin.

ti] Pada kadar aliran ini,

apakatr

tekanan yallg diperlukan pun

'

tersebut? Berikan jawapan ^anda dalam Kgflom2.

At

this

flow nte, what

^{pressurc rise}

acloss

the pump

is

rcquired?

Give

your

answer in

kgf/cnf

tiil

^{Jika tiada} sebarang kerugian pada pam,

motor,

perangkai dan lain- lain, berapakah kuasa kuda yang perlu oleh pam tersebut?

tf therc arc no

/osses

in pump, motor, coupling

^etc.

how

much

horse

^power must the pump's motor

deliveft

Raiah

4

(70 _markah)

f 4

..61-

5.

lal

tbl

IEKC l2l]

-6-

Huraikan beberapa rejim bagi lapisan terbendalir dan tunjukkan bagaimana halaju terbendalir minima dianggarkan.

Descibe the different rcgimes of fluidized bed and show how

the minimum fluidization velocity

is

estimated.

(30 markah)

Kejatuhan tekanan menerusi lapisan zarah boleh digunakan

untuk menentukan luas permukaan

dan

saiz

purata zwah. Data

suatu lapisan zarah

bijih

menunjukkan

Lp/L : 20 (kgflcm2;/m bagi

aliran udara pada kelajuan permukaan 0.5

cmls.

Bahagian kosong yang dikira ialah 0.47 dan anggaran 0,

= Q.7.

Kirakan purata saiz zarah dan luas permukaan per unit

iisim;ita

pepejal tersebut berketumpatan

4.1 glcm3

Berapakah sensitiviti jawapan tersebut

jika

kesilapan adalah 0.01 dalam e?

The

prcssure drop through a particle

bed can be

used

to

determine the

extemal sutace

area

and the avenge particle size. Data for a

bed

of crushed orc

^particles

sf,ow AilL = 20 (kgf/cm'1/m for air flow at

a supefficial velocity

of

0.5

cm/s. The

measurcd void

fnction is 0.47

and

the

estimated

spheicity

_S"

is = 0.7.

Calculate

the avenge pafticle

size and the

sufface

area per

unit

mass if

the

solid has

a

density of 4.1 g/crn".

How

sensitive is

the answerto

an

enor

of 0.01 in e?

(70 markah)

ooo0ooo

dI 46

IEKC 121]

-1-

IAIPIRAI'I

V$COSITTES OF VARIOUS FLI.IIDS AT I.ATM PRESSURE

to@ Trngriln't

t g

cO t

g

5 l0

t

6 a

t

2

I

0l

o6

oa

ct o,

0,04

o€

0.@

001

0,0 os

o"mr

47

€eq Fivir- ,/ir-o r-do €Qq 8.r": ln o.ci .qq?e d{1N :RRB gFE? !"t? g:_al a\e\t RSR3$

Fgs 3AE 3l3 B3 AiB3 isi$ ffiF sFFs:

\o€qq ntqn Q-9o9 naq!.a

gNSR SE;S 8;F€ GAR$i HHs seh sF€ AE EHAE lFIi e;qE l:qqq

JJj JJ6i dod oql J'i€ic> ---- F--- r\trlnr{c'

Arr\|f\ qrc?r? l\r\r\ l\(\ F{== ;8JiH SS$s qfraEE

qqq qnE 644 gE illi t:l: t-'':': :!:!li 4"t

O()O Cte() OOO -- ---- -F-- FrF- 6|(r|.rlNd

gEE ruF- ilgg .'rercr 3EE gtB tt tBaa ---- EE 3F:3 aFE: E3g9 i(==-: ict,.tee EEiI:

=33 i33

=== =3 ==;; ---- ocoo dcicicio

sg;

C.l Fi CJ F4

F]

oo

_€l\

Or.

Fr t\

qRq qEE q[q

OClirO rt+vi- tnQ\O C-.|6l-

€E €i

?a

€

>'r

!l.:,'i

.:-E -5 9>

c

_IL

U

€

,i;.=

D

^eoE

€i*

L

u

U€

"E

? ! r-

'Ei !e :H"

=i= iI* I;3

=g

:359 3-33 r3ii 5FE;i

.E

3 f i ;=

I

N

I

:i: 3I: :iR I: :i3: i=5i g;3; :5FFl

!t35 !3Eg 8355 EE!:3

3=S 8Fp :8S

-Gltq 6l(rlFi Of f!q

dd€t cicto cioo

att

€

v.|

aa rt

Yi

\o€

_{(\t e}

64.'r

do

EE'

9:

r!

rll a

?EC5tfi

E

.g3

li €- v

(a

€j= o.lt

E€g E.s zo

e8g 3sg sBg 38 esEg ssEg ?sEg R3333

rtl E

ci

r.|

FI N

.-

fi

[Kc

^121]

-3-

OF THE UNIVERSAL GAS

VALUES CONSTANT

fil= 10.73(lbflint)ftt lbmol''R =

8.314 mr 'Pa

mol'K

1.987 Btu

s=

lbmol''R

O.73i0

zatm'ft3

lbmol 'oR 0.08206 L'atm

3+-

mol'K

1.987 cal 1.98? kcal

-:=-

mol'K kgmot'K

0.08314 L'bar mol'K

8.314

J

=- mol'K

soME PROPERTIES OF TIQUIDS

Lhukl

Ilcodly,'

|bn/nf l0rc(

^{I /}

F) l0?( r/pd)

Hydrogen Helium

Typical gasolinc Bcnzertc

Watcr

Carbon

tctrachlo Mercury

{..t

9.1 .r3 54.6

62.3 99.2

&t5

v

r5

I

0.61

0.1I

0.67 0.10

ll

{8

0.7 0.7 0.3 0.7 0.3

'

Measured at I

ar

^r irnd 60.F. ercepr for ^hydrogen and helium. which ^are at thcir l-atm boiling

poinr'

20 and 2.1 K. respcctivcl

;Jrt

I -4- lrKC i21l

r,03t rr rrclD-llll

,ll

^rOO tt

rl ! ! ? 3 333S8:

I

t"

aG--

="";-fel+lr-;r,'qle:+

r00 :

:

t0: _I i0:

roi

_o

003 F

e.

v]

fi v - 5

\

It0,

r00

l0 {0

aI

:u>z

:i

9O srU

iE t-:

l!Q-.

1-:

:5

a00-: 6

-

0c

I

- - --9 ²

PiEtSUat r-03i toufiol PEn sO ltl. p€i _{1000 FT}

,.f

#'

Prc:surc drop in a 3-in ^{schedule -lO} Ptpc. with 3.068-in insidc diamcter' For examplc shownr flow rate = ⁱ²⁰ barrels Pcr hour (BPH): kincmatic viscosiry

-

^{l0 cSt' sPccific} gravitv = 0'9' _Pressure ^loss (follow dashcd line;= iO.;psi,fOOort' (Counesy of

inc

Board of Engincers' ^Standard Oil Com' pany of California.)

ff, 53

o

tr

t,

9

or

G

3

!re ;

27

?

=--

g7, *ruqfr,- la'lrloll

:-T :l

nl x

I

:{ :l

l' t^

1", =

lx l'l

l:t l,r

^I

l"'

^I

l=

{6

{x lR

^I

il l:-l

1.

^I

1'

^I

1r --

{- -

{x 'l*l

1l I -_t.

l- t

l;l

-ai -

-1

=

JX

I LN

I

:aq oO t'$8

(llffiE!-

- t

r.,,,rrl uorlrl.{

x

15

E - E a aEEE cco e c o E E 2 q

^o

Ba I 83 aEE

i o q' € c oct o

ti

N

bz

a

;

ri9OL

=E

o=

'3

^c,

:l

e=*R ?383

9oOOO

7 5 E 3

,rs 55

g(x, s

E

t'

C E

IKC

¹²¹¹

-6-

o.l I lo

^6r'

'

FYiction bcr, N/(rntlrn)r P1t6

:

Friction of eir in straight ducts tor yolumcrric

[os

ntcs

of l0

to

2ffi

^{ftt/min (20 to 3m0 mr/b1,}

bascd on rtandard air-of

0,fil5lb/ftt (l.2tglmr)

^{dcnrity iowing} through avcralpt clcao, round gatvanizcd mctal ducts heving approrirnetcly ^rO joing pcr l(I} ft ⁽³⁰ ur). Do not extrapolrtc bcbY chart. (Rcprintcd from rhc

im rcnAlE

Hotdb@k-Ftutdenunuls, with

pcrmisrioo.)

_-.2

Yr-*

too.ol

Friction los. in HrO/Ifi)O

ft