unit 12 ( pengiraan kuasa dan kecekapan )

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/1

Unit 12

Pengiraan Kuasa dan Kecekapan

Objektif Am:Menentukan hubungan antara kuasa dan kecekapan pam. Menentukan kadar alir operasi, turus atau kecekapan optimum dengan menggunakan graf ciri pam, ciri sistem dan kecekapan bagi kes satu pam dan dua pam yang disambung bersiri dan selari.

Objektif Khusus:Di akhir unit ini anda sepatutnya dapat:Mengira kuasa dan kecekapan pam. Mendapatkan hubungan antara kuasa dan kecekapan. Mengira kadar alir operasi, turus atau kecekapan optimum dengan menggunakan graf ciri pam, ciri sistem dan kecekapan untuk kes satu pam dan dua pam yang disambung bersiri dan selari.

Jabatan Kejuruteraan AwamJaafar

Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/2

Input 1

12.0 PengenalanPam empar boleh dijalankan pada kelajuan yang berbeza-beza untuk mendapatkan kapasiti pam yang diperlukan. Oleh itu, adalah penting untuk mengetahui hubungan di antara kapasiti (Q), turus (H), dan kuasa (P) terhadap kecekapan ( ), atau garispusat pendesak (D) apabila kedua-dua nilai ini berubah. 12.1 Pam empar berpusing dengan bantuan daya kilas yang dibekalkan oleh sumber luaran seperti motor elektrik. Kuasa input Pam ( Pi ) adalah;P = Tw i

di mana;

w

T

merupakan daya kilas ialah halaju sudut

Kuasa yang dihasilkan oleh pam (output power), Po , diukur dalam bentuk turus, H yang dihasilkan pada sesuatu kadaralir, Q . Maka, Po ;P = GHQ o



KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/3

Pam juga merupakan satu alat yang tidak boleh berkesan sehingga 100% kecekapan atau keberkesananya, tetapi kuasa yang dihasilkan adalah lebih kecil dari kuasa yang dibekalkan. Kecekapan pam diberikan oleh; =po X 100% Pi

Contoh Permasalahan 12.1

Sebuah pam berkuasa 1.46 kw dipasang agar beroperasi pada turus 25m mengalirkan udara pada kadar 3.1 m3/s. Tentukan kecekapan operasi pam tersebut. Diberi nilai ketumpatan udara adalah 1.25 kg/m3.

Penyelesaian;Dalam soalan contoh ini anda telah diberikan nilai berikut: PI = 1.46 kw H = 25 m Qu = 3.1 m3/s

u

= 1.25 kg/m3



KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/4

Soalan ini jelas menunjukkan anda perlu mendapatkan nilai kecekapan bagi pam berdasarkan data yang diberikan.

Maka daripada formula, =po X 100% Pi

Nilai Po tidak diberikan, maka kita perlu mendapatkan nilai tersebut terlebih dahulu. Po = gHQ = 1.25 X 9.81 X 25 X 3.1 = 950.3 Watt

Oleh itu, kecekapan pam ( ), =po X 100% Pi 950 .3 = x100 % 146 x10 3

= 65%



KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/5

Input 2

12.2 Pemilihan PamPemilihan pam bergantung kepda analisis dan keperluan rekabentuk yang telah disediakan. Pertimbangan dalam membuat pemilihan dan analisis yang akan dilakukan adalah ke atas kes satu pam dan dua pam yang disambung secara bersiri dan selari. Pengeluar pam lazimnya mengeluarkan carta atau graf yang menunjukkan hubungan antara turus dan kadaralir serta kecekapan yang boleh dihasilkan bagi pam tersebut. Segala maklumat yang diperlukan untuk kerja rekabentuk boleh didapati dari graf atau carta yang disediakan.Head Characteristic

Efficiency

Horsepower

Capacity (L/min) Jabatan Kejuruteraan AwamJaafar Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

Metric Horsepower and Efficiency

Total Head (m)

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/6

Rajah 12.1 : Graf Sistem PamRajah graf 12.1 menunjukkan, bagi nilai kadar alir kosong, pam menghasilkan turus maksima. Ini dipanggil dead head atau shut-off head. Keperluan kadaralir dalam sistem kadang-kadang memerlukan

gabungan beberapa pam untuk mencapai kadar alir dan tekanan yang diperlukan. Ia dipasang secara bersiri untuk meningkatkan tekanan dan dipasang secara selari bila kadar alir bagi satu pam tidak mencukupi.

12.3 Pam BersiriPam dipasang secara bersiri untuk memberikan tekanan yang sama di antara dua titik. Jarak di antara dua pam lazimnya dihadkan kepada beberapa meter. Pemasangan secara bersiri ini digunakan bila kadaralir yang diperlukan dari satu pam mencukupi dan ketinggian turus yang diperlukan boleh dihasilkan dengan menggunakan satu pam. Pertimbangkan dua pam A dan B dipasang secara bersiri (rajah 13.3) dengan kadaralir QA dan QB, turus keluaran HA dan HB, dan keperluan kuasa PA dan PB.

HC

HBPA PB PC

HAJabatan Kejuruteraan AwamJaafar Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/7

Rajah 12.2 : Sambungan Pam Secara BersiriPersamaan berikut diguna pakai bagi sistem pam bersiri. Qsiri = QA = QB Persamaan 12.1

Hsiri = HA + HB Persamaan 12.2 Psiri = PA + PB Persamaan 12.3

Dari persamaan 12.1 didapati kadar alir untuk 2 pam yang dipasang secara bersiri adalah sama. Kecekapan bagi setiap pam adalah; dan B A

= Q HA PA = Q HB PB pam yang beroperasi secara

Maka kecekapan bagi keseluruhan bersiri adalah, = Q HA+ HB P

Oleh kerana P = PA + PB, maka; Q (HA+ HB) = Q HA + Q HB A B atau, = HA + HB . (HA/ A) + (HB/ B)Jabatan Kejuruteraan AwamJaafar Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/8

Secara umumnya, untuk kes pam siri, = H i i

iContoh Permasalahan 12.2

(Hi/ i)

Berdasarkan data yang diberikan di bawah, tentukan turus dan kecekapan daripada graf yang dilukis apabila dua pam beroperasi secara siri.

Q (gpm) 0 300 700 1000 1500 1800 2000 2200 2500 3000

H1 (ft) 80 82 83 82.5 79 77 75 72.5 68 61

H2 (ft) 134 136 136 135 132 130 128 126 122 116

2 (%) 0 15 32 42 54 58 60 59.5 57 43

1 (%) 0 18.5 39 51 65 68 70 69 67 55

Penyelesaian;Pelajar perlu mendapatkan nilai jumlah H dan jumlah kecekapan dari dua pam yang disambung sesiri.

Q (gpm) 0 300 700

HA (ft) 80 82 83

HB (ft) 134 136 136

A (%) 0 15 32

B (%) 0 18.5 39

H (ft) 214 218 219

(%) 0 17.0 36.0Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi


KUASA DAN KECEKAPAN1000 1500 1800 2000 2200 2500 3000 82.5 79 77 75 72.5 68 61 135 132 130 128 126 122 116 42 54 58 60 59.5 57 43 51 65 68 70 69 67 55 217.5 211 207 203 198.5 190 177

C4009/UNIT 12/9

47.2 60.4 63.9 65.9 65.2 63.0 50.2

Contoh pengiraan;Kadaralir, Q = 2000cfs H = 75 + 128 = 203 ft = 203 75 128 + 60 70

Langkah yang seterusnya adalah melukiskan graf seperti berikut 250 200

H

HB

Efficiency, %, head H, ft

Graf : Kecekapan dan turus melawan kadar alir. 150 100 50

H 1000 2000 3000 Jabatan Kejuruteraan AwamJaafarA A B

12.4 Pam SelariPam yang dipasang 0 secara dua atau lebih di 0 mana kadaralir yangEzany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

Discharge Q, gpm

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/10

dihasilkan

akan

disalurkan

kepada

satu

saluran

dianggapkan

ianya

disambung secara selari. Kuasa yang digunakan adalah jumlah bagi dua atau lebih pam yang digunakan. Pertimbangkan persamaan berikut untuk dua pam yang disambung secara selari.

PA

PB

PC

Rajah 12.3 : Sambungan Pam Secara Selari

Persamaan berikut diguna pakai bagi sistem pam selari. Hselari = HA = HB Qselari = QA + QB Pselari = PA + PB Persamaan 12.4 Persamaan 12.5 Persamaan 12.6

Kecekapan bagi pam yang disambungkan secara selari adalah seperti berikut;



KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/11

H (QA+ QB) = QA H + QB H A B atau, = QA + QB . (QA/ A) + (QB/ B)

Secara umumnya untuk beberapa jenis pam yang disambungkan secara selari, persamaan berikut boleh digunakan; = Q i i

i

(Qi/ i)

Tekanan turus bagi pam yang beroperasi secara selari perlu diseimbangkan supaya ianya tidak berlawanan di antara satu sama lain. Sebagai contoh, sekiranya tekanan turus dari pam A mengalami geseran dan kehilangan turus, maka tekanan turus dari pam B akan menjadi tidak seimbang.

Dari persamaan 12.4, didapati tekanan turus bagi dua pam yang dipasang secara selari adalah sama.

Contoh Permasalahan 12.3Jabatan Kejuruteraan AwamJaafar Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/12

Berikut adalah data bagi kadaralir,turus dan kecekapan bagi dua buah pam yang disambungkan secara selari. Tentukan turus dan kecekapan berdasarkan

graf yang dilukis apabila dua pam ini disambungkan secara selari.H (ft) 140 143 130 129 125 120 115 110 105 100 QA (gpm) 0 350 770 1100 1380 1610 1830 2030 QB(gpm)

A

B

(%)

(%)

0 400 1520 1550 1740 1930 2110 2280 2430 2570

0 17 33 43 48 53 54 54.5

0 27.5 67.5 68 69.5 69 67.5 64 59.5 53

Contoh pengiraan;Turus, H = 120ft Q = 1100 + 1930 = 3030 gpm = 3030 1100 1930 + 43 69

= 56.6 %



KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/13

Setelah dikira nilai jumlah kadar alir dan kecekapan bagi kedua-dua pam ini, maka jadual berikut telah dihasilkan untuk melukiskan graf H (ft) 140 143 130 129 125 120 115 110 105 100 QA (gpm) 0 350 770 1100 1380 1610 1830 2030 QB(gpm)

A

B

(%)

(%)

0 400 1520 1550 1740 1930 2110 2280 2430 2570

0 17 33 43 48 53 54 54.5

0 27.5 67.5 68 69.5 69 67.5 64 59.5 53

Q (gpm) 0 400 1520 1900 2510 3030 3490 3890 4260 4600

(%) 43.8 51.9 56.6 58.2 58.9 57.0 53.5

Efficiency, %, Head H, ft

150

HA 100

HB

H

B

50 A

0 0 1000 2000 3000 4000 5000 Discharge, Q Q,gpm Graf : Kecekapan dan turus melawan kadar alir.



KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/14

Aktiviti 12aSILA UJI KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SELANJUTNYA! SILA SEMAK JAWAPAN ANDA PADA HELAIAN MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA.

12a.1 Dalam suatu ujikaji menggunakan sebuah pam, didapati bahawa air mengalir pada kadar 7 m3/min, apabila turus yang berkaitan adalah 6 meter. Jika kecekapan pam tersebut adalah pada tahap 72%, tentukan kuasa motor pada pam yang digunakan itu.

12a.2 Sebuah pam empar yang beroperasi pada kelajuan 1000 pus/min telah memperolehi data seperti berikut:Q (m3/s) Turus, H (m) Kecekapan, 0 24.0 0.36 0.08 22.5 0.60 0.012 21.0 0.67 0.20 17.5 0.60 0.28 13.0 0.20 0.36 0.0 -

Pam tersebut menggunakan paip sedutan sepanjang 25m dan paip hantaran sepanjang 15 meter, kedua-duanya bergarispusat 20 cm. Turus statik adalah 15m dan kehilangan turus kecil boleh dianggap sebagai tambahan paip sepanjang 3 meter. Jika pekali geseran adalah 0.006, tentukan kadar alir dan kecekapan pam pada titik operasi.



KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/15

Maklumbalas Aktiviti 12a12a.1

Anda telah diberi maklumat berikut; Q = 7 m3/min dan nilai ini perlu ditukarkan kepada unit m3/s, H = 6 meter = 72 % Pi = nilai yang perlu dicari Maka, untuk menentukan kuasa yang digunakan, kita perlu tahu tenaga keluaran terlebih dahulu; Po = gHQ = 1000 X 9.81 X 6 X 0.117 = 6867 watt Nilai kecekapan telah diberikan, maka;

=

P o P i6867 Pi

X 100%

72% = PiNota:

X 100%

= 9.54 kw

Sekiranya anda berjaya mendapatkan jawapan yang betul, TAHNIAH!. Teruskan ke unit berikutnya. Tetapi sekiranya jawapan anda tidak betulJabatan Kejuruteraan AwamJaafar Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/16

dan anda masih kurang pasti, sila rujuk contoh sebelumnya dan berjumpa dengan pensyarah anda untuk penerangan lanjut. 12a.2 Dalam soalan ini maklumat berikut telah diberikan; Panjang paip, L = 25 m + 15 m (paip hantaran) + 3 m (paip tambahan) Diameter paip = 20 cm Turus statik, Hs = 15 m Pekali geseran, f = 0.006

Apa yang perlu dicari adalah kadar alir dan kecekapan pam.flQ 2 3d 5 0.006 43 Q 2 3 0.2 5 =

hL =

= 268.75 Q2

Oleh itu turus kecekapan bagi sistem paip adalah, Hsistem = Hs + hL = 15 + 268.75 Q2 Sebelum graf turus kecekapan melawan kadaralir dilukis, jadual berikut perlu disediakan. Q (m3/s) Hsistem 0 15.0 0.08 16.72 0.12 18.87 0.20 25.75 0.28 36.07 0.36 49.83

Nota: Nilai Hsistem diperolehi dengan mengambil nilai Q dan digantikan dengan persamaan yang telah diperolehi tadi.

Setelah nilai bagi jadual di atas selesai diisi, graf turus kecekapan melawan kadar alir perlu diplot bagi mendapatkan titik operasi yang dapat menentukan nilai kadar alir dan kecekapan bagi pam tersebut.Jabatan Kejuruteraan AwamJaafar Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/17

Graf- Lukis & scan

Penilaian KendiriSoalan 1 Dalam suatu ujikaji menggunakan pam empar pada kelajuan 1500 pusingan/min, data-data yang diperolehi adalah seperti berikut: Kadar alir , Q (m3/s) Turus, H (m) Kecekapan, 0 71 0.42 0.075 70 0.71 0.150 68 0.78 0.200 64 0.61 0.250 58 0.40 0.300 49 -

Pam tersebut menggunakan paip sedutan dan paip hantaran yang bergarispusat 25cm dan jumlah panjangnya adalah 110m. Turus statik adalah 60m dan pekali geseran adalah 0.006. Jika kehilangan turus kecil adalah bersamaan dengan tambahan paip sepanjang 10m, tentukan kadar alir serta kecekapan pam itu pada titik operasi.

Soalan 2 Ciri-ciri sebuah pam empar pada satu halaju tetap adalah seperti berikut; Kadaralir, Q (m3/s) Turus pam, H (m) 0 20 0.17 19 0.24 18 0.30 17 0.39 14.5 0.5 10

Pam tersebut digunakan untuk mengepam air setinggi 10m dengan menggunakan paip bergarispusat 20cm dan panjangnya 105m. Jika faktor geseran,f, adalah 0.0005, tentukan; a) Kadaralir dan turus pam pada titik operasi b) Pertambahan kadaralir dan turus pam sekiranya 2 pam dipasang secara;Jabatan Kejuruteraan AwamJaafar Ezany B. Che Rogayah Bt. Desa Hayazi Bt. Hanafi

KUASA DAN KECEKAPAN

C4009/UNIT 12/18

i. ii.

Selari Bersiri

Maklumbalas Penilaian KendiriSila rujuk kepada pensyarah modul anda untuk semakan.



unit 12 ( pengiraan kuasa dan kecekapan )

Documents