buku tutorial

Click here to load reader

Post on 04-Aug-2015

74 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

1. Catatan Tutotial ini mengandungi bahan berikut 1.Imbasan Teori Aliran Upaya Tutorial Aliran UpayaBUKU TUTORIALKumpulan Soalan Peperiksaan Akhir Aliran Upaya MEKANIK BENDALIR SMM/SMJ 33032.Imbasan Teori Aliran Lapisan Sempadan Tutorial Aliran Lapisan Sempadan Kumpulan Soalan Peperiksaan Akhir Aliran Lapisan Sempadan 3.Imbasan Teori Ringkas Mesin Turbo Tutorial Mesin Turbo Kumpulan Soalan Peperiksaan Akhir Mesin TurboJabatan Haba BendalirFakulti Kejuruteraan Mekanikal Pesan kepada Semua Pelajar SMM/SMJ 3303 Universiti Teknologi Malaysia - anda dinasihatkan supaya menyelesaikan semua soalan dalam Catatan Tutorial ini, - menurut pengalaman kami, pada setiap semester, peratusan pelajar yang lulus DENGAN BAIK mata pelajaran MEKANIK BENDALIR II adalah AMAT RENDAH sekali, - doa kami mudah mudahan dengan Catatan ini anda boleh menolong diri anda sendiri untuk meningkatkan lagi tahap penghayatan anda mengenai mata pelajaran teras ini, dan Sem.I sekaligus membantu kami untuk meluluskan anda dalam Sessi Akademik 2002/2003peperiksaan dan ujian SMJ 3303. Jun 2002 Prof amer n darus, c23 430 h/p:019 3239491 Kampus SkudaiJohor Baru 2. Kita perhatikan beberapa penting menegenai Mesin Turbo: a. Turbin Denyut: Roda Peltonbulatanub W2pic roda VJ ub VJW2 W1 + W2 kos IMBASANlegendaVw1 Vw2 Vw2 V = halaju mutlak TEORI MESIN TURBOW = halaju relatifW2 V2Vw = V kos = halaju pusaran = ( 180o - ) W1 ub = sudut pesongan JABATAN HABABENDALIRFAKULTI KEJURUTERAAN MEKANIKAL = sudut bilah pandu UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIAVJ = V1 = Vw1 Rajah 3.1: Hal penting roda Pelton Halaju jet, VJ = Cv 2 gH B , turus jet hKE = VJ2/(Cv2 2g) Turus berkesan, HB = Turus kasar turus geseran paip penstok= Hkasar (4fL/d)(u2/2g) dengan L dan d masing masing panjang dan diameter paipSemester 1 penstok; f dan u pula ialah factor geseran dan halaju aliran dalamSessi Akademik 2001/2002 di dalam paip.Julai, 2001 Turus Euler = turus yang dijana oleh mesin turbo = [(UVw)1-(UVw)2]/g Khas untuk turbin Pelton, U1 = U2 = ub = ND/60: D = diameter pic roda. 3. Ciri penting: Seluruh sistem turbin tergenang air, iaitu dari head race ke tailTurus Euler turbin Pelton,race dipenuhi oleh air; tenaga mekanikal diraih dari penjelmaan tenagahidrodinamik oleh tekanan dan juga oleh tenaga kinetik air yang melaluihE = (ub/g)[Vw1 Vw2] = (ub/g)[W1 + k W2 kos ]bilah pada roto. Pemilihan sama ada perlu dipasang turbin Francis ataupunturbin Kaplan diasaskan kepada magnitud laju tentu, N S = NP1/2H-5/4.= (ub/g) [(VJ ub)(1 + k kos )Lazimnya untuk H rendah akan menghasilkan NS besar, turbin Kaplandigunakan. Untuk turus H tinggi akan menghasilkan N s kecil, turbin Peltondengan W1 = halaju relatif = V J ub; k = 1 jika tiada geseran padadipasang.permukaan bilah/sauk/timba.Kuasa yang diraih oleh turbin Pelton, Pohead race,0= gQhE = gQ[(ub/g) [(VJ ub)(1 + k kos )] [1]bilah rotoKuasa yang disediakan oleh nosel,Pin = gQhKE stator= gQ [VJ2/(Cv2 2g)]paip (diam) penstok bilah pandu [2]Kecekapan hidraulik, h = hE/hKE roto = 2Cv2 (1-)(1+ k kos ); dengan = (180o - )(bergerak)Kecekapan maks. dicapai apabila dh/d = 0. Ini terjadi pada = . Dalamturbin roto/runnerpraktiknya, (h)maks terjadi untuk 0.46 0.48.dari penstokturbin jejarian tiub draftail race,4 Rajah 3.2: Turbin aliran ke dalam Terapkan Pers. tenaga dari 0 4: hT = (Hkasar hLpenstok) (hLturbin); hLpentoksadalah kesusutan turus oleh geseran paip [(4fL/d)(u 2/2g)]; hLturbin ialahkesusutan pada perumah, bilah pandu, bilah gerak dan dalam tiub draf.Jadi, hT = HB hLturbin; dengan HB = turus berkesan = Hkasar - hLpenstokb. Turbin FrancisPenerapan Pers. tenaga dari [1] [2] serentas roto, lihat Rajah 3.2. H01 = H02 + hE + hLroto hE = H01 H02 - hLrotoTurbin tindak balas: Turbin Francis dan turbin Kaplan. 4. dengan H0 = turus total = (p/g + V2/2g +z); hE ialah turus Euler untukKecekapan keseluruhan,turbin tindak balas, hE = [(UVw)1-(UVw)2]/g0 =hidraulikmekanikal volumatrikRujuk rajah segi tiga halaju. c. Turbin Kaplan Vw1 Vf1 kot 1Vf1kot1 Vw1arah Vf1 Legenda aliranV1W1V1 VfW1 V = halaju mutlakU = halaju putaranbilahW = halaju relatif gerak Vw = halaju pusaran = V kos Vf2 = V2V2 Vf = halaju aliran = V sin W2 = sudut bilah pandu,DhabU2W2 = sudut bilah gerak Droto U2 Rajah 3.3: Rajah segi tiga halaju Rajah 3.4: Turbin Kaplanturbin tindak balas Di sini, kadar alir ditentukan dari pers. berikut, Q = (/4)(D2 Dhab2)VfLazimnya Vw2 = 0, iaitu aliran keluar secara jejarian, keluar tanpa kejutan, Lazimnya dalam analisis hidrodinamik turbin Kaplan dikenalkan,Jadi,hE = U1Vw1/g = U1[U1 Vf1 kot ]/g;Pekali aliran, = Vf/(2 gH B ); Vf = halaju alirandengan, U1 = Vf1[kot 1 + kot 1]Pekali halaju, = U/( 2 gH B ) ; U = halaju putarandengan U=DN/60 = halaju putaran, Turus Euler dengan Vw2 = 0, hE = U1Vw1/g; turus bersih = HBKuasa yang diraih oleh turbin, Po = gQhE = gQ[U1Vw1/g] Kuasa yang diraih oleh turbin, Po = gQhE = gQ[U1Vw1/g]Kuasa yang tersedia, Pin = gQHB; Q = bDVfdengan b = tinggi bilah, D = diameter roto, Vf = halaju aliran Kuasa yang tersedia,Pin = gQHB; Q = bDVfKecekapan hidraulik, dengan b = tinggi bilah, D = diameter roto, Vf = halaju aliran h = U1Vw1/gHB 5. Kecekapan hidraulik, h = U1Vw1/gHBKecekapan keseluruhan,0 =hidraulikmekanikal volumatrikjenis sesiku jenis spreadingRajah 3.6: Bentuk tiub draf Tiub drafDaripada pers. tenaga yang telah dituliskan di atas kita perhatikan tekananTiub draf merupakan sebahagian turbin tindak balas. Tiub draf perlu p3 boleh menurun ke satu takat yang rendah. Namun ini harus dikawaldipasang kerana 1. untuk meraih sebahagian tenaga kinetik air yang keluar jangan sampai melewati tekanan wap air.dari turbin, V42/2g menjadi lebih kecil, 2. meningkatkan turus berkesan, 3.Memudah kerja pembaikpulihan adan penyelengaraan loji kelak.(p3 p4)/g = (z4-z3)+(V42-V32)/2g + hL34Daripada pers. keterusan, A3V3 = A4V4 V3/V4 = A4/A3 = d42/d32 V3z3 p3/g + V32/2g + z3 = p4/g + V42/2g + z4 + hLtd Maka,(p3-p4)/g = - Ltd +(V42/2g)[1- (d42/d32)2] + hL34 V4Kita perhatikan pers. terakhir ini, sebutan [1- (d42/d32)2] adalah negatif.Maka tekanan p3 [tolok] adalah selalu negatif.Rajah 3.5: Tiub draf2. Hidrodinamik PamJika turbin adalah sebuah peranti hidrodinamik yang menjelmakan tenagahidro ke tenaga mekanikal, maka pam pula ialah peranti yang menjelmakantenaga mekanikal ke tenaga hidro. Pada prinsipnya jika turbin jejariandibalikkan putarannya, disongsangkan arah putarannya, maka kita perolehsebuah pam. Sama seperti turbin, pam juga boleh diklasifikasikan menurutoperasi kerja dan arah putaran rotornya. Bagi pam rotor dikenal sebagaipendesak.Terdapat beberapa jenis tiub draf: 1. jenis kon, 2. jenis sesiku, 3. jenisspreading. Tiub draf pada Rajah 3.5 adalah jenis kon.V33 6. hhJadi: hp merupakan turus yang dibekal oleh motor ke pam, digunakan 1 2Hst sepenuhinya untuk mengatasi turus static dan turus geseran sistem paip danpam.hsTurus manometer, HM pula ialah turus yang diwujud serentas pam. Kita 0perhatikan juga jika semua bentuk kesusutan turus di dalam pam diabaikanRajah 3.7 maka turus Euler = turus manometer.Turus Euler, hE ialah turus yang dijana oleh putaran pendesak , sama sepertiKita perhatikan agihan turus yang terjadi serentas sistem, dari stesen [0]turbin, iaitu hE = [U2Vw2 U1Vw1]/gpada permukaan air ke [3] iaitu stesen di hujung paip hantar. Kita terapkan Rujuk rajah tiga segi halaju sebuah pam.pers.tenaga [PT] dari satu stesen ke satu stesen.U2PT0-3: po/g+Vo2/2g+zo+hp= p3/g+V32/2g+z3 + hL03 Vf1kot1PT0-1: po/g+Vo2/2g+zo = p1/g+V12/2g+z1+ hL01Vw2PT1-2: p1/g+V22/2g+z2 + hE = p2/g+V22/2g+z2+hL12 LegendaPT2-3: p2/g+V22/2g+z2 = p3/g+V32/2g+z3+hL03V2Vf W2 V = halaju mutlakU = halaju putaranDaripada Rajah 3.7: po = p3 = 0[tolok], Vo = 0, z1-zo=hs,z3-z2=hh,W = halaju relatifz3-zo=hh, hL = turus kesusutan oleh pelbagai sebab, hp turus bekalan dan hE =Vw = halaju pusaran = V kos turus Euler [lihat turbin]. Maka,V1Vf = halaju aliran = V sin = sudut bilah pandu,PT0-3:zo+hp=V32/2g+z3 + hL03 hp = Hst + hL03 W1 = sudut bilah gerakPT0-1: zo = p1/g+V12/2g+z1+ hL01 p1/g= -hs-V12/2g+hLP U1PT1-2: p1/g+V22/2g+z2 + hE = p2/g+V22/2g+z2+hL12, ataupun Rajah 3.8: Rajah segi tiga halaju(p2/g+V22/2g)-( p1/g+V12/2g) = hE hLrotor+statorPam rotodinamikPT2-3: p2/g+V22/2g+z2 = V32/2g+z3+hL03, ataupunp2/g+V22/2g+z2 = V32/2g+z3+hL03, ataupun p2/g = hh + (V32/2g- V22/2g) + hLphTurus Euler boleh juga diungkapkan seperti yang berikut,Daripada analisis ini, kita dapatkan:1. hp = Hst + hL03 iaitu turus rintangan sistem, hE = (V22 V12)/2g + (U22-U12)/2g + (W12-W22)/2g2. (p2/g+V22/2g)-( p1/g+V12/2g) = Hm, turus manometer3. hE = HM + hLroto + stator, turus Euler Pada permulaannya, V = 0, W = 0. Maka untuk memulakan proses4. p1/g= -hs-V12/2g+hLP, turus sedutan [lazimnya negatif]pengepaman, hE = (U22-U12)/2g dengan U = ND/60 sehingga5. p2/g = hh + (V32/2g- V22/2g) + hLph, turus hantarhE = (N/60)2[1/D22 1/D12]=N2 [2(1/D22-1/D12)/3600] 7. Maka putaran mimimum, untuk mula mengepam: >900 N2 = 3600 hE/[2(1/D22-1/D12)]=900Kecekapam pam: Hal ini sama dengan kecekapan sebuah turbin., < 90o 1. kecekapan manometer, h = Hm/hE = 1 - hL/hEQ 2. kecekapan mekanikal, m = (gQunghE/PmotorRajah 3.9: kesan 2 terhadap lengkuk H-Q pammekanikal= kuasa pada syaf pam/kuasa dibekal oleh motor Kes1: 2 > 900, rajah tiga segi di bahagian keluar menjadi 3. kecekapan isi padu,v = Qsebenar/QunggulVw1pam berkelajuan rendah.Kecekapan keseluruhan,0 = h m v U20 = gQHM/Pmotor2 = g (vQunggul) (hhE)/Pmotor = hv(gQunghE/Pmotor)= hmv W2 Kes2: =900:V2Prestasi pam dan pengaruh sudut 2:Pertimbangkan,hE = U2Vw2/g =U2[U2 Vf2kot2]/g Vw1pam aliran jejarianU2Jika kita anggap, hL sifar, maka hE = Hm. Halaju aliran Vf = Q/Aeff maka, 2 hE = U22 /g Q [kot2/gAeff] U2 W2 = vf2Pers. terakhir ini merupakan satu pers. linear terhadap H dan Q. Kita plot Kes3: - dalam daerah ini kesan daya inersia adalah lebih tinggi Universiti Teknologi Malaysiadaripada daya likat, kita dapati susuk halaju adalah tetapseperti sedia kala, iaitu u = U 0, satu pemalar; sehingga (du/dy)= 0, jadi tia