IKK 205-3 - OPERASI UNIT I SEPT OKT 1997

UNIVERSITI SAINS MALAYSIA Peperiksaan Semester Pertama

Sidang Akademik 1997/98

SeptemberrOktober ¹ 997

IKK

205'3 -

OPERAS| UNIT ^I Masa : _[3 jam]

Sila pastikan bahawa kertas soalan ini mengandungi SEPULUF|

(JO

mukasurat yang bercetak termasuk Lampiran sebelum anda memulakan peperiksaan ini.

Jawab

sebarang LIMA

($ soalan.

Semua soalan mesti dijawab

di dalam

Bahasa Malavsia.

I

r q? li.J

^a

rK](205/3

1.

Jawab soalan-soalan berikut:

(a)

Bincangkan tentang analisis dimensi

(25 markah)

(b)

Huraikan tentang satu proses bendalir termampatkan

(25 markah)

(c)

Bincangkan tentang aliran bendalir menerusi satu alas pepejal

(25 markah)

(d)

Huraikan jenis _impeler yang digunakan dalam proses pencampuran

(25 markah)

2. (a)

Ceritakan tentang ^penyiring empar

(20 markah)

(b) Kuasa yang

dikehendaki

dalam satu sistem

pencampuran,

P,

didapati bersandar

kepada

pembolehubah-pembolehubah

seperti laju putaran

n, garispusat impeler D", pecutan graviti g, kelikatan cecair p, dan ketumpatan

cecair p.

Dengan menggunakan

kaedah

analisis

dimensi, carikan satu

^I

perhubungan

di

antara pembolehubah-pembolehubah

ini.

Matriks dimensi adalah seperti berikut:

2

158

tKtc05/3

D'9.gPP

(40 markah)

(c)

Suatu cecair graviti spesifik 1.2, mengalir menerusi sistem

berikut.

Paip A bergarispusat 2.5 in, paip B 3.5 in, dan paip C 2.0

in.

Kadar aliran menerusi A ialah 50

gal/min.

Hitungkan (a) kadar aliran jisim di dalam setiap paip' (b) halaju linear purata di dalam setiap ^paip, dan (c) halaju jisim di dalam setiap

paip.

p"i,(60oF)

=

62.97lblft3, 1 ft3 = 7.48 ^gal.

(40 _markah)

(a)

Bincangkan tentang nombor Mach

(15 markah)

(b)

Ceritakan tentang rotameter

(15 markah)

li' 3

i59

000 1-1-3 -2-10 011 0-1 11

0-2 01

T. 1o F1o M-1 T0-1

^o

3.

tKle05/3

(c)

Air ^pada 80oF dipamkan dari satu takungan ke suatu

bukit.

Titik discas paip ialah 3000

ft

ke atas paras air di dalam takungan

tersebut.

Garispusat paip keluli ialah 5.0 in, dan panjang ^paip 4000

ft.

^{Air mengalir pada} kadar aliran volumetrik

400 gal/min.

Koefisienan

pam ialah 80o/o. Jika kos

^tenaga

elektrik ialah 3 sen per

kuasakuda-jam,

apakah kos tenaga

untuk mengepamkan air tersebut sejam?

(70 _markah)

4. (a)

Bincangkan tentang kelikatan

(15 markah)

(b)

Bincangkan tentang koefisien hela

(15 markah)

(c)

Suatu tangki yang mempunyai garispusat 1.2 m dan tingginya

2

m diisikan sedalam 1.2 m dengan satu cecair yang berkelikatan 10P dan ketumpatan 8OO

kg/m3. Tangki itu tidak bersesekat. Satu turlcin 6 bilah

^yang

bergarispusat 360 mm dipasangkan di dalam tangki dan kedudukannya 360 mm dari dasar

tangki.

Motor pengaduk memutar pada

800 r/min.

Kirakan kuasa yang dikehendaki, dalam unit ltw.

(70 markah)

4

1.6 0

tKlc05/3

5. (a) Suatu injap baru dipasangkan di dalam satu garispaip keluli

^yang

mempunyai garispusat

5 in.

^{Suatu cecair yang} berketumpatan

60.0

lb/ft3 dan kelikatan 10.0 lb/ft-s mengalir pada kadar 500

gal/min.

Panjang setara untuk injap tersebut ialah 3.0

ft.

^Kirakan perlcezaan tekanan menyeberangi injap ini.

(50 markah)

(b) Air

^{pada 6OoF} dibekalkan ke suatu penukar haba menerusi satu paip keluli bergarispusat 1.40

in

dan satu

meter

venturi yang mempunyai garispusat kerongkongan 0.8

in.

Jika kadar aliran ialah 50 gal/min, apakah perbezaan tekanan menyeberangi inlet venturi dan kerongkongannya?

(50 markah)

(a)

Bincangkan tentang pembentukan dan pencegahan vorteks

(20 _markah)

(b)

Bincangkan tentang 3 jenis _injap

(15

markah)

5

;.6

^1''

tKK205/3

(c)

Zarah-zarah yang bergarispusat 0.1 mm dan ketumpatan 28OO kg/m3 iatuh menerusi

air

^pada

30'C. (D

Kirakan halaju terminal zarah-zarah

itu.

^(iD

Jika satu

^pemisah

empar

digunakan

pada pecutan 509, apakah

halaju termlnal zarah? _{p(air) =} 995.7 kg/m3; _{F(air) =} 0.801 cP;

u1

=

[4 8"Do(1*n) 6o -

p)/3h[r"pt']t**'

K =

Dp[a.pbo-p)/tr2]to a6

=

pecutan daya luar

Julat NL,, br n

^K

HukumStokes <2 24 1 <3.3

Pertengahan

^{2 -}

500 18.5 0.6

^{3.3 - 43.6}

Hukum

Newton

^{5OO -}

2xlO' o.M O

43.6 - 2360

(65

markah) r

oooooOOOOOooooo

i.6 2

CONVERSION FACTORS AND CONSTANTS OF NATURE

Lampiran rKK205

/3

To convcrt fronr lo Mulriply byt

atm

Avogadro numbct barrcl (pcrrolcum)

bar

Boltzmann constana Btu

tstu/b Btu/lbrF

B tu/ft r-h Btu/fir-h-"F Btu-fr/frr.hrF call1

cml

cP (cenripoise)

cSt (ccnrisrokc) faraday tt

fr-lb/

ft-lbils ft2lh li'

fi r-atm

fr r/s sal ^(U.S.)

gravitational _constant gmYity accclera(ion, standard h

hp in.

in. l

j kg kwh

I IO

lb/irr lbri in. I

lb mol/ft'-h lighr, spccd of

rn tnl

N N/m' Planck consrant proof (U.S.) ton (long) ton (short) ton (mctric) yd

(12

mr N/mt lb1lin.2 particlcs/g mol ftl

eal (U.S,) mJ N/mr

l b7lin.r

.

^tlK

ca,lrr

fr-lb/

J

kwh calrr/g call/g.cC W/nrr W/m:-oC W-rn/m2-oC Btu fr-tb, J J in.

fr ftr sat (U.S.) kg,/m.s lb/fr-h lb/fr.s m'/s C/g mot m Btu

t

caln Btu/h

'

mt/shp cm 2/s

cmt eal (U.S.) I Btu atlrr

T

gal (U.S.)/min

ftt in.r N'm2/k8t

rn/s r min

s

Btu/h kw

cm

cml crg fr-lb, tb Bru ml kg kglmt g/cmr N/mt kg rnol/mr-s g mol/cm2-s .

. m/s fr in.

ftr

gal (U.S.) dyn lbr lb1lin.2 J-s

. tcrccnt alcohol by volurnc kg

lb

;:- .l fi o

ib* ,.'roJ

h m

4J,5@t 4,(X6.E5 1.01325r x l0J 14.696

6.022169 x lO:J 5.6t 46

42.

0. | 5899

le x lOt

14.504

1.380622 x l0-rr

25t.996 778.t7 I,055.06 2.9307 x l0-.

0.55556

Ir

3. I 546 5.6783 t.73073 3.9683 x l0-r

3.0871 '4. _I 858r

4,lE4r 0.393?0 0.032E0E4 3.531467 x l0-5

2.64172 x l0-.

l.

x l0-r z4t9l

6.719? x rQ-'

l.

x t0-'

9.64,E67O

x

¹⁰¹

0.3fi8.

t.2851 x l0-,

0.323E3 t.35s82 4.6262

l.El8l8 x _l0-,

2,581 x l0-t

0.258 I

2.8316839

x

l0'

7,48052 28.3 I 684 2.7t948 685.29 2.8692

x

^tOt

448.83 0. | 3368 231 o

6.671 x t0-rt

9.80665r 60t 3,600r 2,544.43 0.14570 2.54t l 6.3871

lr

x l0t

0.73756 L20462 3,4t2.1

lr

x l0-t

0.45359237.

r6.0t8 0.0t@t8 6.E9473 x lOt 1.3652 x _l0-t

1.3652 x l0-'

2.97925 x

I0r "

1.280840 39.3?01 35J)47 264.t7

l.

^{x t05}

0.22481 t.4498 x l0-1

6.626196 x l0-r'

0.5 I,0 r6 2,240t 2,000.

r,000r 2,20/'.6 J' 0.9144t cal

cnl

t ^Valucs that cnd in r are eract, by definition.

Lampiran rKK205

/3

PROPERTIES

OF LIQUID

WATER

Temperature T'

OF

Yiscosityt y', cP

Thermal

conductivityf

ft'

Btu/ft-h-"F

Density$ p,

b/ft3 b=P)"',

32 40 50 60 70 80 90 100

r20

140 160

i80

200 220 240 260 280 300

r.794 1.546 1.310

t.tzg

0.982 0.852 0.764 0.682 0.559 0.470 0.401 0.347 0.305 0.270 0.242 0.218 0.199 0.1 85

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.rr 62.00 61.71 61.38 6r.00 60.s8 60.r3 59.63 59.r0 s8.53 57.94 57.31

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 5,950 6,420 6,830 7,210 7,510

t

^From lnternational critica! Tables,vot. ^5, McGraw-Hitl ^Book company, Ncw York' ^1929' p' l0' f ^{From E.} Schmidt and w. Sellschopp, Forsch. Geb. Ingenieurw.,S:277 ^(191.2r'

_t

?.-^d

rohn wit

l::ifi,:;:?H!:l'1 [;,Tjl?"T? ?:'tr;,H'|';i":;:,;;i;i,:";:;;!

ot srean"rohn wikv &

Sons..Inc.. Ncw York. ^1937.

i 6,1

Lampiran I 4R205

/3

E

p

(l)

t

E,

\t.

o

r|

o

+j

(\l (J

,o

o r.1

q

frF

-'3

(J.P l&h

JO)IN

o o 5 o

6 o

iss

\ TF OA

tC

Ql

R\ e s$s

$eiai

\t s

s s -\ _s

( s.

\

.oi\

e

s

$, S$i sss

Se \Q

*-

_qQ^(r

88

t

s=s s S

\)

G

cJ.

s cl s

)

D

\)

I

\)

I

il

/

/ /

a

/

Lampiran rKK205

/3

E

ol.[ro

\'_:

*r\.

\

\r]

i"

\I

I

nalafr Q.|rl Fungsi p

kuasa f

ur".Of,ntV

.5-4 Sesekat tatrPas

at

B

lo{

pr

51 =

^Dr/D3

52 =

^E/Do

53 =

^l'/Du

54 =

^W/Du

55 =

^J/Ds

56 = ItlD.

T = (a - log

^NRe)

/b

h

,t"lT

.*lfi-

^tO

\t( ;\

\

Iwn *nu O":t turbtn 6 blrah.

$-

i.

) {

tq.

I

RaJah4-t5 Fungsl

JaduaI

Penalar a dan b'

u*".tE

rl

lwn N"" ba8l propeler 3 bllah

e1

'

Cf

TanRasesekat

p

kuasa h

l0 166

seser<at

l.;rlal,