FE Civil परीक्षा अभ्यास: क्रैम पैक

सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 30 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।

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1सूत्र और विधियाँ

बीम आलंब प्रतिक्रियाएँ

संतुलन
ΣFx = 0, ΣFy = 0, ΣM = 0
एकसमान भार
परिणामी w·L भार के मध्य में
आघूर्ण
M = F·d

विधि

  1. मुक्त-पिंड आरेख बनाएँ और हर आलंब को उसकी प्रतिक्रियाओं से बदलें।
  2. हर वितरित भार को उसके केंद्रक पर एक अकेले बल से बदलें।
  3. एक आलंब के परितः आघूर्ण लेकर दूसरे की प्रतिक्रिया ज्ञात करें।
  4. शेष प्रतिक्रिया ज्ञात करने के लिए ΣFy = 0 का उपयोग करें, और दूसरे आघूर्ण समीकरण से जाँचें।

ट्रस: जोड़ विधि

संधि विधि
ΣFx = 0, ΣFy = 0 at each joint
खंड विधि
ΣM = 0 about a cut point
अवयव बल
धनात्मक = तनाव, ऋणात्मक = संपीडन

विधि

  1. पूरे ट्रस की आलंब प्रतिक्रियाएँ ज्ञात करें।
  2. संधि विधि: ऐसी संधि से शुरू करें जिस पर अधिकतम दो अज्ञात सदस्य बल हों, और ΣFx = 0 तथा ΣFy = 0 का उपयोग करें।
  3. खंड विधि: आवश्यक सदस्य से होकर काटें और उस बिंदु के परितः आघूर्ण लें जहाँ अन्य अज्ञात सदस्य मिलते हैं।
  4. तनाव मानें; ऋणात्मक उत्तर का अर्थ है संपीडन।

अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

अपरूपण बल और आघूर्ण
V = एक ओर का ΣF, M = एक ओर का ΣF·d
बंकन प्रतिबल
σ = M·y/I
आयत
I = bh³/12
खंड मापांक
W = I/ymax
सरल आधारित, एकसमान भार
Mmax = wL²/8

विधि

  1. पूरे बीम के संतुलन से आलंब प्रतिक्रियाएँ ज्ञात करें।
  2. बीम को आवश्यक खंड पर काटें और एक भाग रखें।
  3. अपरूपण बल: उस भाग पर ऊर्ध्वाधर बलों का योग। बंकन आघूर्ण: कट के परितः उनके आघूर्णों का योग।
  4. अधिकतम आघूर्ण के लिए वह स्थान ज्ञात करें जहाँ अपरूपण बल शून्य है।

बीम विक्षेप

मध्य-विस्तार पर बिंदु भार
δ = PL³/(48EI)
एकसमान भार, सरल आधारित
δ = 5wL⁴/(384EI)
कैंटिलीवर, सिरे पर भार
δ = PL³/(3EI)
कैंटिलीवर, एकसमान भार
δ = wL⁴/(8EI)
अध्यारोपण
δ = δ1 + δ2

स्तंभ बकलिंग

ऑयलर भार
Pcr = π²EI/(KL)²
प्रभावी लंबाई गुणांक
K = 1 पिन–पिन, 0.5 स्थिर–स्थिर, 0.7 स्थिर–पिन, 2 स्थिर–मुक्त
क्रांतिक प्रतिबल
σcr = Pcr/A
पतलापन अनुपात
λ = KL/r, r = √(I/A)

केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

केंद्रक
ȳ = ΣAiyi/ΣAi
आयत
I = bh³/12
समांतर अक्ष प्रमेय
I = Ic + A·d²
संयुक्त खंड
I = Σ(Ic,i + Aidi²)

मृदा में प्रभावी प्रतिबल

कुल प्रतिबल
σ = Σγi·hi
छिद्र जल दाब
u = γw·(z − zw)
प्रभावी प्रतिबल
σ′ = σ − u
पानी
γw = 9.81 kN/m³

समेकन निषदन

सामान्य रूप से समेकित
S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
अंतिम प्रतिबल
σ′f = σ′0 + Δσ (at mid-depth of the layer)
अति-समेकित, σ′f ≤ σ′p
S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)
अति-समेकित, σ′f > σ′p
S = H/(1 + e0)·[Cr·log₁₀(σ′p/σ′0) + Cc·log₁₀(σ′f/σ′p)]
अति-समेकन अनुपात
OCR = σ′p/σ′0
समेकन का समय
t = Tv·Hdr²/cv
जलनिकास पथ
Hdr = H/2 (द्वि-जलनिकास), H (एकल जलनिकास)
समय गुणांक
U 50% → 0.197, 60% → 0.287, 70% → 0.403, 80% → 0.567, 90% → 0.848

द्रवस्थैतिक बल

गहराई पर दाब
p = ρgh
ऊर्ध्वाधर दीवार पर बल
F = ρg·hc·A
दाब केंद्र
yp = yc + Ic/(ycA)
आयत
Ic = bH³/12

पाइप घर्षण और शीर्ष हानि

रेनॉल्ड्स संख्या
Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ
प्रवाह व्यवस्था
Re ≈ 2000 से नीचे स्तरीय, Re ≈ 4000 से ऊपर विक्षुब्ध
औसत वेग
V = Q/A, A = π·D²/4
डार्सी–वाइसबाख
hf = f·(L/D)·V²/(2g)
लघु हानियाँ
hm = ΣK·V²/(2g)
K के सामान्य मान
प्रवेश 0.5, निकास 1.0, 90° मोड़ ≈ 0.3
दाब पात
Δp = ρ·g·hf
दो खुले जलाशय
Δz = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)
मुक्त निकास
H = (1 + f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)

मैनिंग समीकरण
V = (1/n)·R2/3·S1/2
प्रवाह दर
Q = A·V
द्रवीय त्रिज्या
R = A/P (P = wetted perimeter, free surface excluded)
आयत
A = b·y, P = b + 2y
समलंब (पार्श्व ढाल z:1)
A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)
वृत्ताकार पाइप, पूरा या आधा भरा
R = D/4
आवश्यक ढाल
S = (n·Q/(A·R2/3))²

पंप और पंप शक्ति

द्रवीय शक्ति
Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp
शाफ़्ट शक्ति
Pshaft = Ph/ηpump
विद्युत शक्ति
Pel = Pshaft/ηmotor
पंप शीर्ष
H = Δz + Δp/(ρ·g) + hL
तंत्र हानियाँ
hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g)

मुद्रा का समय मूल्य

भविष्य मूल्य
FV = PV·(1 + i)n
वर्तमान मूल्य
PV = FV/(1 + i)n
प्रति वर्ष कई अवधियाँ
i = r/m, N = m·n
वार्षिकी, वर्तमान मूल्य
PV = PMT·[1 − (1 + i)−n]/i
वार्षिकी, भविष्य मूल्य
FV = PMT·[(1 + i)n − 1]/i

विधि

  1. हर नकदी प्रवाह और उसके समय के साथ एक समय-रेखा बनाएँ।
  2. दर को अवधि से मिलाएँ: मासिक भुगतानों के लिए मासिक दर।
  3. एकल राशियों के लिए FV = PV·(1 + i)ⁿ और समान भुगतानों के लिए वार्षिकी सूत्रों का उपयोग करें।
  4. उत्तर का चिह्न और परिमाण की कोटि जाँचें।

NPV और IRR

शुद्ध वर्तमान मूल्य
NPV = −C0 + Σ CFt/(1 + r)t
समान नकदी प्रवाह
NPV = −C0 + CF·[1 − (1 + r)−n]/r
आंतरिक प्रतिफल दर
वह r जिस पर NPV = 0
निर्णय
NPV > 0 (या IRR > आवश्यक प्रतिफल) होने पर स्वीकार करें

विधि

  1. सभी नकदी प्रवाहों को उनके वर्ष के साथ सूचीबद्ध करें; वर्ष 0 का निवेश ऋणात्मक है।
  2. हर नकदी प्रवाह को बट्टाकृत करें: CFt/(1 + r)t।
  3. NPV पाने के लिए उन्हें जोड़ें। धनात्मक का अर्थ है कि परियोजना r से अधिक कमाती है।
  4. IRR के लिए वह दर ज्ञात करें जो NPV को शून्य बनाती है, प्रयास या अंतर्वेशन द्वारा।

प्रसामान्य बंटन

z-स्कोर
z = (x − μ)/σ
x से कम
P(X < x) = Φ(z)
x से अधिक
P(X > x) = 1 − Φ(z)
बीच में
Φ(z2) − Φ(z1)
शततमक
x = μ + z·σ

विधि

  1. मान को z-स्कोर में बदलें: z = (x − μ)/σ।
  2. Φ(z) देखें, जो z के बाईं ओर का क्षेत्रफल है।
  3. दाईं ओर के क्षेत्रफल के लिए 1 − Φ(z) लें; किसी अंतराल के लिए दोनों बाएँ क्षेत्रफल घटाएँ।
  4. शतमक के लिए उलटा चलें: क्षेत्रफल के लिए z ज्ञात करें, फिर x = μ + z·σ।

2अभ्यास प्रश्न

1.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँमध्यम
P1​ = 65 kNP2​ = 60 kNABCRA​ = ?1.5 m1.5 m1 m

बीम में A पर पिन और A से 3 m पर B पर रोलर है, और यह B से आगे मुक्त सिरे C तक ओवरहैंग करता है। ऊपर की ओर को धनात्मक लेते हुए ऊर्ध्वाधर प्रतिक्रिया RA ज्ञात कीजिए।

AB = 3 mAC = 4 mP1 = 65 kN पर 1.5 mP2 = 60 kN पर 4 m
RA = kN
2.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँकठिन
w = 4 kN/mP = 25 kNABCRA​ = ?1.5 m1.5 m1 m1 m

बीम में A पर पिन और A से 4 m पर B पर रोलर है, और यह B से आगे मुक्त सिरे C तक ओवरहैंग करता है। यह A से 1.5 m पर बिंदु भार P और 3 m से 5 m पर मुक्त सिरे तक समान वितरित भार w वहन करता है। ऊपर की ओर को धनात्मक लेते हुए ऊर्ध्वाधर प्रतिक्रिया RA ज्ञात कीजिए।

AB = 4 mAC = 5 mP = 25 kN पर 1.5 mw = 4 kN/m, 3 से 5 m तक
RA = kN
3.ट्रस: जोड़ विधिमध्यम
ABCDEFGH35 kN10 kN20 kN4 × 4 m4 m

इस ट्रस का ठीक एक सदस्य इन भारों के अंतर्गत कोई बल वहन नहीं करता। शून्य-बल सदस्य कौन-सा है? उसे आरेख में क्लिक करें।

B: 35 kN ↓D: 10 kN ↓F: 20 kN ↓
  1. 1सदस्य AB
  2. 2सदस्य BC
  3. 3सदस्य CD
  4. 4सदस्य DE
  5. 5सदस्य FG
  6. 6सदस्य GH
  7. 7सदस्य AF
  8. 8सदस्य HE
  9. 9सदस्य BF
  10. 10सदस्य CG
  11. 11सदस्य DH
  12. 12सदस्य FC
  13. 13सदस्य HC
4.ट्रस: जोड़ विधिकठिन
ABCDEFGH35 kN35 kN15 kN25 kN10 kN40 kN4 × 3 m4 m

इस ट्रस का ठीक एक सदस्य इन भारों के अंतर्गत कोई बल वहन नहीं करता। शून्य-बल सदस्य कौन-सा है? उसे आरेख में क्लिक करें।

C: 35 kN ↓D: 35 kN ↓F: 15 kN ↓G: 25 kN ↓H: 10 kN ↓H: 40 kN ←
  1. 1सदस्य AB
  2. 2सदस्य BC
  3. 3सदस्य CD
  4. 4सदस्य DE
  5. 5सदस्य FG
  6. 6सदस्य GH
  7. 7सदस्य AF
  8. 8सदस्य HE
  9. 9सदस्य BF
  10. 10सदस्य CG
  11. 11सदस्य DH
  12. 12सदस्य FC
  13. 13सदस्य HC
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णमध्यम
w = 4 kN/mABखंड6.5 m3.5 m

आलंब A से x = 6.5 m पर खंड में बंकन आघूर्ण Mx ज्ञात कीजिए। नीचे के रेशों को खींचने वाले आघूर्ण और बाएँ फलक पर ऊपर की ओर अपरूपण बल को धनात्मक लें।

L = 10 mw = 4 kN/m, 0 से 10 m तकx = 6.5 m
Mx = kN·m
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्णकठिन
w = 2 kN/mP = 55 kNABखंड8 m2 m

आलंब A से x = 8 m पर खंड में बंकन आघूर्ण Mx ज्ञात कीजिए। नीचे के रेशों को खींचने वाले आघूर्ण और बाएँ फलक पर ऊपर की ओर अपरूपण बल को धनात्मक लें।

L = 10 mP = 55 kN पर 8 mw = 2 kN/m, 0 से 10 m तकx = 8 m
Mx = kN·m
7.बीम विक्षेपमध्यम
w = 10 kN/mδL = 8 m

एक सरल आलंबित बीम अपने पूरे विस्तार पर समान वितरित भार w वहन करता है। मध्य विस्तार पर अधिकतम विक्षेप δmax ज्ञात कीजिए।

w = 10 kN/mL = 8 mE = 200 GPa (स्टील)I = 160 × 10⁶ mm⁴
δmax = mm
8.बीम विक्षेपकठिन
w = 6 kN/mδL = 6 m

एक सरल आलंबित बीम समान वितरित भार w वहन करता है। उसका विक्षेप विस्तार/360 से अधिक नहीं हो सकता। यह सीमा पूरी करने वाला न्यूनतम जड़त्व आघूर्ण Ireq ज्ञात कीजिए।

w = 6 kN/mL = 6 mE = 70 GPa (एल्युमिनियम)
Ireq = × 10⁶ mm⁴
9.स्तंभ बकलिंगमध्यम
PL = 3 m30 × 80 mmअनुप्रस्थ काट

स्टील से बना L लंबाई का एक स्तंभ आधार पर जड़ित और शीर्ष पर मुक्त है। ऑयलर सूत्र से उसका क्रांतिक बकलिंग भार Pcr ज्ञात कीजिए।

L = 3 mE = 200 GPa (स्टील)b × h = 30 × 80 mm
Pcr = kN
10.स्तंभ बकलिंगकठिन
PL = 6 md = 60 mmअनुप्रस्थ काट

एल्युमिनियम से बना L लंबाई का एक स्तंभ दोनों सिरों पर पिन किया हुआ है। उसकी तनुता और ऑयलर सूत्र से क्रांतिक बकलिंग प्रतिबल σcr ज्ञात कीजिए।

L = 6 mE = 70 GPa (एल्युमिनियम)d = 60 mm
σcr = MPa
11.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णमध्यम
1002020018xआयाम mm में

T-खंड का उसके केंद्रक से होकर क्षैतिज अक्ष x के परितः जड़त्व आघूर्ण Ix ज्ञात कीजिए।

bf = 100 mmtf = 20 mmtw = 18 mmhw = 200 mm
Ix = × 10⁶ mm⁴
12.केंद्रक और जड़त्व आघूर्णकठिन
2202520018xM = 40 kN·mआयाम mm में

T-खंड ऊपर फ़्लेंज के साथ बीम के रूप में उपयोग होता है और 40 kN·m का धनात्मक बंकन आघूर्ण वहन करता है। ऊपरी किनारे पर बंकन प्रतिबल σऊपर का परिमाण ज्ञात कीजिए।

bf = 220 mmtf = 25 mmtw = 18 mmhw = 200 mmM = 40 kN·m
σऊपर = MPa
13.मृदा में प्रभावी प्रतिबलमध्यम
रेतγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 20.5 kN/m³10 mजल स्तरXz = 5 m

दिखाई गई मृदा परिच्छेदिका के लिए बिंदु X पर कुल ऊर्ध्वाधर प्रतिबल σ ज्ञात कीजिए।

z = 5 mzw = 4 mγw = 9.81 kN/m³रेत: γd = 15 kN/m³रेत: γsat = 20.5 kN/m³
σ = kPa
14.मृदा में प्रभावी प्रतिबलकठिन
रेतγd​ = 15 kN/m³γsat​ = 19.5 kN/m³3 mमिट्टी (क्ले)γsat​ = 19 kN/m³5 mजल स्तरXz = 5.5 m

दिखाई गई मृदा परिच्छेदिका के लिए बिंदु X पर ऊर्ध्वाधर प्रभावी प्रतिबल σ′ ज्ञात कीजिए।

z = 5.5 mzw = 1 mγw = 9.81 kN/m³रेत: γd = 15 kN/m³रेत: γsat = 19.5 kN/m³मिट्टी (क्ले): γsat = 19 kN/m³
σ′ = kPa
15.समेकन निषदनमध्यम
Δσ = 60 kPaरेतमिट्टी (क्ले)Cc​ = 0.35, Cr​ = 0.03e0​ = 1.1σ′0​ = 70 kPaOCR = 27 mजल स्तर

7 m मोटी एक अति-समेकित मृत्तिका परत के लिए Cc = 0.35, Cr = 0.03 और e₀ = 1.1 है। इसकी मध्य-गहराई पर प्रभावी ऊर्ध्वाधर प्रतिबल 70 kPa है और अति-समेकन अनुपात OCR = 2 है। एक नई इमारत मध्य-गहराई पर 60 kPa ऊर्ध्वाधर प्रतिबल जोड़ती है। प्राथमिक समेकन निषदन S mm में ज्ञात कीजिए।

H = 7 mCc = 0.35Cr = 0.03e0 = 1.1σ′0 = 70 kPaOCR = 2Δσ = 60 kPa
S = mm
16.समेकन निषदनकठिन
रेतमिट्टी (क्ले)H = 6 mcv​ = 4 m²/वर्ष6 mरेतजल स्तर

6 m मोटी एक मृत्तिका परत का समेकन गुणांक cv = 4 m²/year है। यह दो रेत परतों के बीच है, इसलिए जल ऊपर और नीचे दोनों ओर निकलता है। 50% औसत समेकन के लिए समय गुणांक Tv = 0.197 है। परत को 50% समेकन तक पहुँचने में कितने वर्ष t लगते हैं?

H = 6 mcv = 4 m²/वर्षU = 50%Tv = 0.197द्वि-जलनिकास
t = वर्ष
17.द्रवस्थैतिक बलमध्यम
फाटकd = 0.5 mH = 3 m

2 m चौड़ा एक ऊर्ध्वाधर आयताकार फाटक पानी वाली टंकी की दीवार में है, उसका ऊपरी किनारा सतह से 0.5 m नीचे है। फाटक पर परिणामी द्रवस्थैतिक बल F ज्ञात कीजिए।

d = 0.5 mH = 3 mb = 2 mρ = 1000 kg/m³g = 9.81 m/s²
F = kN
18.द्रवस्थैतिक बलकठिन
फाटकd = 1.5 mH = 3 m

2 m चौड़ा एक ऊर्ध्वाधर आयताकार फाटक ग्लिसरीन वाली टंकी की दीवार में है, उसका ऊपरी किनारा सतह से 1.5 m नीचे है। सतह के नीचे दाब केंद्र की गहराई ycp ज्ञात कीजिए।

d = 1.5 mH = 3 mb = 2 mρ = 1260 kg/m³g = 9.81 m/s²
ycp = m
19.पाइप घर्षण और शीर्ष हानिमध्यम
V = 1.3 m/sD = 300 mmL = 1000 mf = 0.015

जल (ρ = 1000 kg/m³) 300 mm आंतरिक व्यास वाले 1000 m लंबे क्षैतिज पाइप से 1.3 m/s पर बहता है। डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.015 और g = 9.81 m/s² लें। पाइप पर दाब पात Δp kPa में ज्ञात कीजिए।

V = 1.3 m/sL = 1000 mD = 300 mmf = 0.015ρ = 1000 kg/m³
Δp = kPa
20.पाइप घर्षण और शीर्ष हानिकठिन
K = 5मुक्त निकासH = ?L = 200 m, D = 200 mm, f = 0.0254× मोड़ (K = 0.3)

200 mm आंतरिक व्यास (डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.025) वाला 200 m लंबा पाइप एक खुले जलाशय से निकलता है और वायु में मुक्त जेट के रूप में निकास करता है। लघु हानियाँ हैं: एक तीखे किनारे वाला प्रवेश (K = 0.5), 4 मोड़ (हर एक K = 0.3) और एक वाल्व (K = 5)। g = 9.81 m/s² लें। 50 L/s की प्रवाह दर के लिए जलाशय की सतह पाइप निकास से कितनी H ऊपर होनी चाहिए?

Q = 50 L/sL = 200 mD = 200 mmf = 0.025Kentrance = 0.5Kbend = 0.3 (×4)Kvalve = 5
H = m
21.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)मध्यम
b = 2.5 my = 1.4 m3 : 1n = 0.025, S = 0.004

एक समलंबाकार बजरी वाहिका की तल चौड़ाई 2.5 m और पार्श्व ढाल 3:1 (क्षैतिज:ऊर्ध्वाधर) है। जल 1.4 m गहराई पर एकसमान रूप से बहता है। मैनिंग n = 0.025 और तल ढाल S = 0.004 है। प्रवाह दर Q m³/s में ज्ञात कीजिए।

b = 2.5 my = 1.4 mz = 3n = 0.025S = 0.004
Q = m³/s
22.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)कठिन
D = 375 mmn = 0.013, V = 1.2 m/s

375 mm आंतरिक व्यास (मैनिंग n = 0.013) वाले एक कंक्रीट सीवर को ठीक पूरा भरा बहते समय 1.2 m/s का स्व-सफ़ाई वेग पाना है। न्यूनतम ढाल S (m/m में) ज्ञात कीजिए।

D = 375 mmn = 0.013V = 1.2 m/s
S = m/m
23.पंप और पंप शक्तिमध्यम
PQ = 100 L/sH = 48 m

75% दक्षता वाला एक पंप 48 m शीर्ष के विरुद्ध 100 L/s जल (ρ = 1000 kg/m³) देता है। g = 9.81 m/s² लें। आवश्यक शाफ़्ट शक्ति Pshaft kW में ज्ञात कीजिए।

Q = 100 L/sH = 48 mη = 75%g = 9.81 m/s²
Pshaft = kW
24.पंप और पंप शक्तिकठिन
PQ = 80 L/sΔz = 17 mL = 150 m, D = 200 mm, f = 0.022, ΣK = 6

एक पंप 80 L/s जल (ρ = 1000 kg/m³) को एक खुले निचले जलाशय से एक ऊपरी टैंक तक ले जाता है, जिसकी जल सतह 17 m ऊँची है। पाइप 150 m लंबा है, उसका आंतरिक व्यास 200 mm और डार्सी घर्षण गुणांक f = 0.022 है; लघु-हानि गुणांकों का योग ΣK = 6 है (प्रवेश और निकास सहित)। g = 9.81 m/s² लें। पंप दक्षता 72% है। शाफ़्ट शक्ति Pshaft kW में ज्ञात कीजिए।

Q = 80 L/sΔz = 17 mL = 150 mD = 200 mmf = 0.022ΣK = 6η = 72%
Pshaft = kW
25.मुद्रा का समय मूल्यमध्यम
वर्ष0123456PV = ?€5 000

आपको 6 वर्षों में €5 000 चाहिए। एक खाता प्रति वर्ष 4.8% देता है, ब्याज त्रैमासिक रूप से चक्रवृद्धि होता है। आज आपको कितना जमा करना होगा? वर्तमान मूल्य PV ज्ञात करें।

FV = €5 0004.8% / 4n = 6
PV = €
26.मुद्रा का समय मूल्यकठिन
महीने01…216…360€150 000AB = ?A4.8% / 12

€150 000 का एक गृह ऋण 4.8% प्रति वर्ष, मासिक चक्रवृद्धि पर 30 वर्षों में समान मासिक किस्तों से चुकाया जाता है। वर्ष 18 के अंत की किस्त के ठीक बाद कितना बकाया है? बकाया शेष B ज्ञात कीजिए।

P = €150 0004.8% / 12N = 360k = 216
B = €
27.NPV और IRRमध्यम
वर्ष0123…9−400 00038 000+4%+4%…r = 12%, NPV = ?

एक परियोजना की लागत आज €400 000 है। यह पहले वर्ष के अंत में €38 000 उत्पन्न करती है, और फिर नकदी प्रवाह हमेशा के लिए 4% प्रति वर्ष बढ़ता है। पूँजी की लागत 12% है। शुद्ध वर्तमान मूल्य NPV ज्ञात कीजिए।

C0 = €400 000CF1 = €38 000g = 4%r = 12%
NPV = €
28.NPV और IRRकठिन
वर्ष01234−25 0008 00014 0008 5009 500

एक परियोजना की लागत €25 000 है और यह वर्ष 1 से 4 के अंत में €8 000, €14 000, €8 500, €9 500 लौटाती है। नकदी प्रवाहों को 8% की पूँजी लागत पर पुनर्निवेशित किया जा सकता है। संशोधित आंतरिक प्रतिफल दर MIRR प्रतिशत में ज्ञात कीजिए।

r = 8%CF0 = −25 000CF1 = 8 000CF2 = 14 000CF3 = 8 500CF4 = 9 500
MIRR = %
29.प्रसामान्य बंटनमध्यम
−3−2−10123z−z और z के बीच छायांकित क्षेत्रफल = 0.8690

z को इस तरह खींचें कि मानक प्रसामान्य वक्र के नीचे −z और z के बीच का छायांकित क्षेत्रफल 0.8690 हो। z को दो दशमलव स्थानों तक ज्ञात करें।

A = 0.8690
z =
30.प्रसामान्य बंटनकठिन
380420460500540580620hनीचे 90%

बैटरी जीवनकाल औसत 500 h और मानक विचलन 40 h के साथ प्रसामान्य रूप से बंटे हैं। कट-ऑफ़ को इस तरह खींचें कि छायांकित निचला 90% उसके बाईं ओर हो। कट-ऑफ़ x ज्ञात करें।

μ = 500 hσ = 40 h90%
x = h

3विलयन

1.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँ

उत्तर: RA = 12.5 kN

स्थैतिक संतुलन: विराम में पिंड के लिए ΣFx = 0, ΣFy = 0 और किसी भी बिंदु के परितः ΣM = 0। हर वितरित भार को उसके परिणामी (उसका क्षेत्रफल) से बदलें जो भार आरेख के केंद्रक पर कार्य करता है, और किसी आलंब के परितः आघूर्ण लें ताकि उस आलंब की प्रतिक्रिया समीकरण से हट जाए।

A के परितः आघूर्ण

वामावर्त धनात्मक।

ΣMA = 0: RB·3 = 65·1.5 + 60·4
RB = 337.5/3 = 112.5 kN

ऊर्ध्वाधर संतुलन

RA = 65 + 60 − 112.5 = 12.5 kN

उत्तर

RA = 12.5 kN
2.बीम आलंब प्रतिक्रियाएँ

उत्तर: RA = 15.63 kN

स्थैतिक संतुलन: विराम में पिंड के लिए ΣFx = 0, ΣFy = 0 और किसी भी बिंदु के परितः ΣM = 0। हर वितरित भार को उसके परिणामी (उसका क्षेत्रफल) से बदलें जो भार आरेख के केंद्रक पर कार्य करता है, और किसी आलंब के परितः आघूर्ण लें ताकि उस आलंब की प्रतिक्रिया समीकरण से हट जाए।

वितरित भार का परिणामी

W = 4·2 = 8 kN, x̄ = (3 + 5)/2 = 4 m

संतुलन

A के परितः आघूर्ण, वामावर्त धनात्मक। फिर ऊर्ध्वाधर बल संतुलन।

ΣMA = 0: RB·4 = 25·1.5 + 8·4
RB = 69.5/4 = 17.38 kN
RA = 33 − 17.38 = 15.63 kN

उत्तर

RA = 15.63 kN
3.ट्रस: जोड़ विधि

उत्तर: सदस्य CG

शून्य-बल सदस्य: किसी संधि पर बल हर दिशा में संतुलित होने चाहिए। यदि संधि पर कोई भार और आधार नहीं है, और उसके तीन सदस्यों में से दो एक सीध में हैं, तो उस रेखा के आर-पार का संतुलन केवल तीसरे सदस्य को शामिल करता है, इसलिए उसका बल शून्य है। यदि भाररहित संधि पर केवल दो सदस्य मिलते हैं और वे एक सीध में नहीं हैं, तो दोनों शून्य हैं।

संधि G

FG और GH एक सीधी रेखा में हैं और संधि पर कोई भार नहीं है। उस रेखा के आर-पार बलों को संतुलित करने पर केवल CG बचता है।

ΣF⊥ = 0 → FCG = 0

संधि विधि से जाँचें

सभी संधियाँ हल करने पर ये सदस्य बल मिलते हैं (T = तनाव, C = संपीड़न)।

AB: 43.75 kN (T), BC: 43.75 kN (T), CD: 21.25 kN (T), DE: 21.25 kN (T), FG: 32.5 kN (C), GH: 32.5 kN (C), AF: 61.87 kN (C), HE: 30.05 kN (C), BF: 35 kN (T), CG: 0, DH: 10 kN (T), FC: 15.91 kN (C), HC: 15.91 kN (T)

उत्तर

शून्य-बल सदस्य: CG
4.ट्रस: जोड़ विधि

उत्तर: सदस्य BF

शून्य-बल सदस्य: किसी संधि पर बल हर दिशा में संतुलित होने चाहिए। यदि संधि पर कोई भार और आधार नहीं है, और उसके तीन सदस्यों में से दो एक सीध में हैं, तो उस रेखा के आर-पार का संतुलन केवल तीसरे सदस्य को शामिल करता है, इसलिए उसका बल शून्य है। यदि भाररहित संधि पर केवल दो सदस्य मिलते हैं और वे एक सीध में नहीं हैं, तो दोनों शून्य हैं।

संधि B

AB और BC एक सीधी रेखा में हैं और संधि पर कोई भार नहीं है। उस रेखा के आर-पार बलों को संतुलित करने पर केवल BF बचता है।

ΣF⊥ = 0 → FBF = 0

संधि विधि से जाँचें

सभी संधियाँ हल करने पर ये सदस्य बल मिलते हैं (T = तनाव, C = संपीड़न)।

AB: 9.375 kN (T), BC: 9.375 kN (T), CD: 40.62 kN (T), DE: 40.62 kN (T), FG: 87.5 kN (C), GH: 87.5 kN (C), AF: 82.29 kN (C), HE: 67.71 kN (C), BF: 0, CG: 25 kN (C), DH: 35 kN (T), FC: 63.54 kN (T), HC: 11.46 kN (T)

उत्तर

शून्य-बल सदस्य: BF
5.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Mx = 45.5 kN·m

खंड विधि: जहाँ आंतरिक बल चाहिए वहाँ बीम काटें और एक भाग रखें। अपरूपण बल V उस भाग के ऊर्ध्वाधर बलों को संतुलित करता है, और बंकन आघूर्ण M कट के परितः उनके आघूर्णों को।

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे बीम का संतुलन।

वितरित भार का परिणामी: W = w·ℓ = 4·10 = 40 kN, x̄ = 5 m पर कार्य करता है
ΣMA = 0: RB·10 = 4·10·5
RB = 200/10 = 20 kN
ΣFy = 0: RA = 40 − 20 = 20 kN
w = 4 kN/mABRA​ = 20RB​ = 20खंड6.5 m3.5 m

x = 6.5 m पर काटें और बायाँ भाग रखें

केवल कट के बाईं ओर के बल आते हैं। वितरित भार का एक हिस्सा उस हिस्से के मध्य में एक बल की तरह कार्य करता है।

M = RA·x − (कट के बाईं ओर हर भार × कट से उसकी दूरी)
Mx = 20·6.5 − 4·6.5·3.25 = 45.5 kN·m

उत्तर

Mx = 45.5 kN·m
6.अपरूपण बल और बंकन आघूर्ण

उत्तर: Mx = 104 kN·m

खंड विधि: जहाँ आंतरिक बल चाहिए वहाँ बीम काटें और एक भाग रखें। अपरूपण बल V उस भाग के ऊर्ध्वाधर बलों को संतुलित करता है, और बंकन आघूर्ण M कट के परितः उनके आघूर्णों को।

आलंब प्रतिक्रियाएँ

पूरे बीम का संतुलन।

वितरित भार का परिणामी: W = w·ℓ = 2·10 = 20 kN, x̄ = 5 m पर कार्य करता है
ΣMA = 0: RB·10 = 55·8 + 2·10·5
RB = 540/10 = 54 kN
ΣFy = 0: RA = 75 − 54 = 21 kN
w = 2 kN/mP = 55 kNABRA​ = 21RB​ = 54खंड8 m2 m

x = 8 m पर काटें और बायाँ भाग रखें

केवल कट के बाईं ओर के बल आते हैं। वितरित भार का एक हिस्सा उस हिस्से के मध्य में एक बल की तरह कार्य करता है।

M = RA·x − (कट के बाईं ओर हर भार × कट से उसकी दूरी)
Mx = 21·8 − 2·8·4 = 104 kN·m

उत्तर

Mx = 104 kN·m
7.बीम विक्षेप

उत्तर: δmax = 16.67 mm

बीम विक्षेप: विक्षेप वक्रता M/(EI) को दो बार समाकलित करके मिलते हैं। मानक स्थितियाँ सारणीबद्ध हैं, जैसे सिरे पर भार वाले कैंटिलीवर के लिए PL³/(3EI) और पूरे विस्तार पर समान भार वाले सरल आलंबित बीम के लिए 5wL⁴/(384EI)। अलग-अलग भारों के विक्षेप जुड़ते हैं (अध्यारोपण)।

एकरूप इकाइयाँ

N और mm में काम करें: P N में, w N/mm में (kN/m = N/mm), L mm में, E N/mm² में (GPa × 1000), I mm⁴ में।

w = 10 N/mm, L = 8000 mm
EI = 3.2 × 10¹³ N·mm²

विक्षेप

δmax = 5wL⁴/(384EI) = 5·10·8000⁴/(384·3.2 × 10¹³) = 16.67 mm

उत्तर

δmax = 16.67 mm
8.बीम विक्षेप

उत्तर: Ireq = 86.79 × 10⁶ mm⁴

बीम विक्षेप: विक्षेप वक्रता M/(EI) को दो बार समाकलित करके मिलते हैं। मानक स्थितियाँ सारणीबद्ध हैं, जैसे सिरे पर भार वाले कैंटिलीवर के लिए PL³/(3EI) और पूरे विस्तार पर समान भार वाले सरल आलंबित बीम के लिए 5wL⁴/(384EI)। अलग-अलग भारों के विक्षेप जुड़ते हैं (अध्यारोपण)।

विक्षेप सीमा

δallow = L/360 = 6000/360 = 16.67 mm

आवश्यक जड़त्व आघूर्ण

I = 5wL⁴/(384·E·δallow) = 5·6·6000⁴/(384·70000·16.67) = 8.679 × 10⁷ mm⁴
Ireq = 86.79 × 10⁶ mm⁴

उत्तर

Ireq = 86.79 × 10⁶ mm⁴
9.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: Pcr = 9.87 kN

ऑयलर बकलिंग: पतला स्तंभ Pcr = π²EI/(KL)² पर अस्थिर हो जाता है, जहाँ KL प्रभावी लंबाई है: पिन–पिन के लिए K = 1, जड़ित–मुक्त के लिए 2, जड़ित–पिन के लिए 0.7 और जड़ित–जड़ित के लिए 0.5। यह सबसे छोटे I वाली अक्ष के परितः मुड़ता है। सूत्र उन पतले स्तंभों के लिए मान्य है जिनका क्रांतिक प्रतिबल पराभव प्रतिबल से कम रहता है।

न्यूनतम जड़त्व आघूर्ण

आयत अपनी कमज़ोर अक्ष के परितः, छोटी विमा के घन के साथ मुड़ता है।

Imin = h·b³/12 = 80·30³/12 = 180000 mm⁴

प्रभावी लंबाई

KL = 2·3000 = 6000 mm

क्रांतिक भार

Pcr = π²EI/(KL)² = π²·200000·180000/6000² = 9870 N = 9.87 kN

उत्तर

Pcr = 9.87 kN
10.स्तंभ बकलिंग

उत्तर: σcr = 4.318 MPa

ऑयलर बकलिंग: पतला स्तंभ Pcr = π²EI/(KL)² पर अस्थिर हो जाता है, जहाँ KL प्रभावी लंबाई है: पिन–पिन के लिए K = 1, जड़ित–मुक्त के लिए 2, जड़ित–पिन के लिए 0.7 और जड़ित–जड़ित के लिए 0.5। यह सबसे छोटे I वाली अक्ष के परितः मुड़ता है। सूत्र उन पतले स्तंभों के लिए मान्य है जिनका क्रांतिक प्रतिबल पराभव प्रतिबल से कम रहता है।

न्यूनतम जड़त्व आघूर्ण

गोल खंड का I हर अक्ष के परितः समान होता है।

I = πd⁴/64 = π·60⁴/64 = 636173 mm⁴

परिभ्रमण त्रिज्या और तनुता

A = 2827 mm²
r = √(I/A) = √(636173/2827) = 15 mm
KL = 1·6000 = 6000 mm
KL/r = 6000/15 = 400

क्रांतिक प्रतिबल

σcr = π²E/(KL/r)² = π²·70000/400² = 4.318 MPa

उत्तर

σcr = 4.318 MPa
11.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: Ix = 27.62 × 10⁶ mm⁴

संयुक्त क्षेत्रफल: खंड को आयतों में बाँटें। केंद्रक क्षेत्रफल-भारित औसत है ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ। केंद्रक अक्ष के परितः जड़त्व आघूर्ण हर भाग के अपने bh³/12 और समांतर-अक्ष पद A·d² को जोड़ता है, जहाँ d भाग के केंद्रक से कुल केंद्रक की दूरी है। बंकन प्रतिबल σ = M·y/I है।

दो आयतों में बाँटें

हर y को निचले किनारे से मापें।

फ़्लेंज: Af = 100·20 = 2000 mm², yf = 200 + 20/2 = 210 mm
वेब: Aw = 18·200 = 3600 mm², yw = 200/2 = 100 mm

केंद्रक

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (2000·210 + 3600·100)/5600 = 139.3 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

फ़्लेंज: 100·20³/12 + 2000·(210 − 139.3)² = 1.007 × 10⁷ mm⁴
वेब: 18·200³/12 + 3600·(100 − 139.3)² = 1.756 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.007 × 10⁷ + 1.756 × 10⁷ = 2.762 × 10⁷ mm⁴ = 27.62 × 10⁶ mm⁴

उत्तर

Ix = 27.62 × 10⁶ mm⁴
12.केंद्रक और जड़त्व आघूर्ण

उत्तर: σऊपर = 57.26 MPa

संयुक्त क्षेत्रफल: खंड को आयतों में बाँटें। केंद्रक क्षेत्रफल-भारित औसत है ȳ = ΣAᵢyᵢ/ΣAᵢ। केंद्रक अक्ष के परितः जड़त्व आघूर्ण हर भाग के अपने bh³/12 और समांतर-अक्ष पद A·d² को जोड़ता है, जहाँ d भाग के केंद्रक से कुल केंद्रक की दूरी है। बंकन प्रतिबल σ = M·y/I है।

दो आयतों में बाँटें

हर y को निचले किनारे से मापें।

फ़्लेंज: Af = 220·25 = 5500 mm², yf = 200 + 25/2 = 212.5 mm
वेब: Aw = 18·200 = 3600 mm², yw = 200/2 = 100 mm

केंद्रक

ȳ = (Afyf + Awyw)/(Af + Aw) = (5500·212.5 + 3600·100)/9100 = 168 mm

समांतर अक्ष प्रमेय

फ़्लेंज: 220·25³/12 + 5500·(212.5 − 168)² = 1.118 × 10⁷ mm⁴
वेब: 18·200³/12 + 3600·(100 − 168)² = 2.864 × 10⁷ mm⁴
Ix = 1.118 × 10⁷ + 2.864 × 10⁷ = 3.982 × 10⁷ mm⁴

बंकन प्रतिबल

ऊपरी किनारा अक्ष से h − ȳ दूर है।

y = 225 − 168 = 57.01 mm
σ = M·y/I = 4 × 10⁷·57.01/3.982 × 10⁷ = 57.26 MPa

उत्तर

σऊपर = 57.26 MPa
13.मृदा में प्रभावी प्रतिबल

उत्तर: σ = 80.5 kPa

प्रभावी प्रतिबल (टर्ज़ाघी): मृदा कंकाल σ′ = σ − u वहन करता है। कुल प्रतिबल σ बिंदु के ऊपर की हर चीज़ का भार है, Σγ·h, जल स्तर के ऊपर शुष्क और नीचे संतृप्त इकाई भार का उपयोग करते हुए। जल स्तर के नीचे छिद्र जल दाब द्रवस्थैतिक है: u = γw·(जल स्तर के नीचे गहराई)।

कुल प्रतिबल

X के ऊपर हर मृदा पट्टी का भार जोड़ें। जल स्तर के ऊपर शुष्क, नीचे संतृप्त इकाई भार का उपयोग करें।

σ = γd·zw + γsat·(z − zw) = 15·4 + 20.5·1 = 80.5 kPa

उत्तर

σ = 80.5 kPa
14.मृदा में प्रभावी प्रतिबल

उत्तर: σ′ = 57.35 kPa

प्रभावी प्रतिबल (टर्ज़ाघी): मृदा कंकाल σ′ = σ − u वहन करता है। कुल प्रतिबल σ बिंदु के ऊपर की हर चीज़ का भार है, Σγ·h, जल स्तर के ऊपर शुष्क और नीचे संतृप्त इकाई भार का उपयोग करते हुए। जल स्तर के नीचे छिद्र जल दाब द्रवस्थैतिक है: u = γw·(जल स्तर के नीचे गहराई)।

कुल प्रतिबल

X के ऊपर हर मृदा पट्टी का भार जोड़ें। जल स्तर के ऊपर शुष्क, नीचे संतृप्त इकाई भार का उपयोग करें।

σ = γd·1 + γsat,sand·2 + γsat,clay·2.5
σ = 15·1 + 19.5·2 + 19·2.5 = 101.5 kPa

छिद्र जल दाब

जल दाब जल स्तर के नीचे गहराई के साथ बढ़ता है।

u = γw·(z − zw) = 9.81·4.5 = 44.15 kPa

प्रभावी प्रतिबल

σ′ = σ − u = 101.5 − 44.15 = 57.35 kPa

उत्तर

σ′ = 57.35 kPa
15.समेकन निषदन

उत्तर: S = 26.88 mm

H मोटाई वाली मृत्तिका परत का प्राथमिक समेकन, परत के मध्य पर प्रभावी प्रतिबल का उपयोग करके: σ′f = σ′0 + Δσ। सामान्य रूप से समेकित मृत्तिका: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)। अति-समेकित मृत्तिका पूर्व-समेकन दाब σ′p तक Cr के अनुदिश पुनःसंपीडित होती है और उसके आगे ही Cc का अनुसरण करती है। समय: t = Tv·Hdr²/cv, जहाँ जलनिकास पथ Hdr, H/2 है जब जल ऊपर और नीचे दोनों ओर निकल सकता है, और H जब केवल एक ओर जलनिकास होता है।

पूर्व-समेकन दाब

σ′p = OCR·σ′0 = 2·70 = 140 kPa

पूर्व-समेकन दाब से तुलना करें

σ′f = 70 + 60 = 130 kPa ≤ 140 kPa

निषदन

मृत्तिका अपनी पुनःसंपीडन रेखा पर रहती है।

S = Cr·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0) = 0.03·7/(1 + 1.1)·log₁₀(130/70) = 26.88 mm

उत्तर

S = 26.88 mm
16.समेकन निषदन

उत्तर: t = 0.4432 वर्ष

H मोटाई वाली मृत्तिका परत का प्राथमिक समेकन, परत के मध्य पर प्रभावी प्रतिबल का उपयोग करके: σ′f = σ′0 + Δσ। सामान्य रूप से समेकित मृत्तिका: S = Cc·H/(1 + e0)·log₁₀(σ′f/σ′0)। अति-समेकित मृत्तिका पूर्व-समेकन दाब σ′p तक Cr के अनुदिश पुनःसंपीडित होती है और उसके आगे ही Cc का अनुसरण करती है। समय: t = Tv·Hdr²/cv, जहाँ जलनिकास पथ Hdr, H/2 है जब जल ऊपर और नीचे दोनों ओर निकल सकता है, और H जब केवल एक ओर जलनिकास होता है।

जलनिकास पथ

Hdr = H/2 = 6/2 = 3 m

समय

t = Tv·Hdr²/cv = 0.197·3²/4 = 0.4432 वर्ष

उत्तर

t = 0.4432 वर्ष
17.द्रवस्थैतिक बल

उत्तर: F = 117.7 kN

समतल सतह पर द्रवस्थैतिक बल: F = ρ·g·yc·A। यह दाब केंद्र ycp = yc + Ic/(ycA) पर कार्य करता है, जो हमेशा केंद्रक के नीचे होता है।

केंद्रक की गहराई और क्षेत्रफल

yc = d + H/2 = 0.5 + 3/2 = 2 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
फाटकd = 0.5 mH = 3 mF

परिणामी बल

F = ρ·g·yc·A = 1000·9.81·2·6 = 117.7 kN

उत्तर

F = 117.7 kN
18.द्रवस्थैतिक बल

उत्तर: ycp = 3.25 m

समतल सतह पर द्रवस्थैतिक बल: F = ρ·g·yc·A। यह दाब केंद्र ycp = yc + Ic/(ycA) पर कार्य करता है, जो हमेशा केंद्रक के नीचे होता है।

केंद्रक की गहराई और क्षेत्रफल

yc = d + H/2 = 1.5 + 3/2 = 3 m
A = H·b = 3·2 = 6 m²
फाटकd = 1.5 mH = 3 mF

परिणामी बल

F = ρ·g·yc·A = 1260·9.81·3·6 = 222.5 kN

दाब केंद्र

दाब गहराई के साथ बढ़ता है, इसलिए परिणामी केंद्रक के नीचे कार्य करता है।

Ic = b·H³/12 = 2·3³/12 = 4.5 m⁴
ycp = yc + Ic/(yc·A) = 3 + 4.5/(3·6) = 3.25 m

उत्तर

ycp = 3.25 m
19.पाइप घर्षण और शीर्ष हानि

उत्तर: Δp = 42.25 kPa

पाइप प्रवाह: रेनॉल्ड्स संख्या Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ स्तरीय प्रवाह (Re लगभग 2000 से कम) को विक्षुब्ध प्रवाह (लगभग 4000 से अधिक) से अलग करती है। पाइप के अनुदिश घर्षण से डार्सी–वाइसबाख शीर्ष हानि hf = f·(L/D)·V²/(2g) होती है। फ़िटिंग, वाल्व, प्रवेश और निकास लघु हानियाँ hm = ΣK·V²/(2g) जोड़ते हैं। दो खुले जलाशय सतहों के बीच ऊर्जा समीकरण Δz = hf + hm देता है, जिसमें निकास हानि K = 1 शामिल है।

शीर्ष हानि

hf = f·(L/D)·V²/(2g) = 0.015·(1000/0.3)·1.3²/(2·9.81) = 4.307 m

दाब पात

पाइप क्षैतिज है और वेग नहीं बदलता, इसलिए ऊर्जा समीकरण Δp = ρ·g·hf बन जाता है।

Δp = ρ·g·hf = 1000·9.81·4.307 = 42250 Pa = 42.25 kPa

उत्तर

Δp = 42.25 kPa
20.पाइप घर्षण और शीर्ष हानि

उत्तर: H = 4.222 m

पाइप प्रवाह: रेनॉल्ड्स संख्या Re = V·D/ν = ρ·V·D/μ स्तरीय प्रवाह (Re लगभग 2000 से कम) को विक्षुब्ध प्रवाह (लगभग 4000 से अधिक) से अलग करती है। पाइप के अनुदिश घर्षण से डार्सी–वाइसबाख शीर्ष हानि hf = f·(L/D)·V²/(2g) होती है। फ़िटिंग, वाल्व, प्रवेश और निकास लघु हानियाँ hm = ΣK·V²/(2g) जोड़ते हैं। दो खुले जलाशय सतहों के बीच ऊर्जा समीकरण Δz = hf + hm देता है, जिसमें निकास हानि K = 1 शामिल है।

वेग

V = Q/A = 0.05/0.03142 = 1.592 m/s
V²/(2g) = 0.1291 m

हानि गुणांक

f·L/D = 0.025·200/0.2 = 25
ΣK = 0.5 + 4·0.3 + 5 = 6.7

ऊर्जा समीकरण

निकास जेट अभी भी अपना वेग शीर्ष वहन करता है; यह हानि नहीं है, पर इसे देना पड़ता है।

H = (1 + 25 + 6.7)·0.1291 = 4.222 m

उत्तर

H = 4.222 m
21.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)

उत्तर: Q = 20.89 m³/s

मैनिंग समीकरण (SI): खुली वाहिका में एकसमान प्रवाह के लिए V = (1/n)·R2/3·S1/2 और Q = A·V, जहाँ n खुरदरापन गुणांक, S तल ढाल (m/m) और R = A/P द्रवीय त्रिज्या है: प्रवाह क्षेत्रफल बटा आर्द्र परिमाप। P में केवल जल के संपर्क वाली सीमा गिनी जाती है, मुक्त सतह नहीं। आयत: A = b·y, P = b + 2y। z:1 (क्षैतिज:ऊर्ध्वाधर) पार्श्व ढाल वाला समलंब: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)। पूरे या आधे भरे बहते वृत्ताकार पाइप के लिए R = D/4।

ज्यामिति

A = (b + z·y)·y = (2.5 + 3·1.4)·1.4 = 9.38 m²
P = b + 2y·√(1 + z²) = 2.5 + 2·1.4·√(1 + 3²) = 11.35 m
R = A/P = 0.8261 m

वेग

V = (1/0.025)·0.82612/3·0.0041/2 = 2.227 m/s

प्रवाह दर

Q = A·V = 9.38·2.227 = 20.89 m³/s

उत्तर

Q = 20.89 m³/s
22.खुली वाहिका प्रवाह (मैनिंग)

उत्तर: S = 0.005714 m/m

मैनिंग समीकरण (SI): खुली वाहिका में एकसमान प्रवाह के लिए V = (1/n)·R2/3·S1/2 और Q = A·V, जहाँ n खुरदरापन गुणांक, S तल ढाल (m/m) और R = A/P द्रवीय त्रिज्या है: प्रवाह क्षेत्रफल बटा आर्द्र परिमाप। P में केवल जल के संपर्क वाली सीमा गिनी जाती है, मुक्त सतह नहीं। आयत: A = b·y, P = b + 2y। z:1 (क्षैतिज:ऊर्ध्वाधर) पार्श्व ढाल वाला समलंब: A = (b + z·y)·y, P = b + 2y·√(1 + z²)। पूरे या आधे भरे बहते वृत्ताकार पाइप के लिए R = D/4।

द्रवीय त्रिज्या

R = D/4 = 0.375/4 = 0.09375 m

S के लिए मैनिंग हल करें

S = (n·V/R2/3)² = (0.013·1.2/0.2064)² = 0.005714

उत्तर

S = 0.005714

यह प्रति किलोमीटर 5.714 m की गिरावट है।

23.पंप और पंप शक्ति

उत्तर: Pshaft = 62.78 kW

पंप शक्ति: जल को दी गई शक्ति द्रवीय शक्ति Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp है। शाफ़्ट को अधिक देना पड़ता है क्योंकि पंप में कुछ हानि होती है: Pshaft = Ph/ηpump, और मोटर Pel = Pshaft/ηmotor लेती है। पंप शीर्ष H ऊर्जा समीकरण से मिलता है: स्थैतिक उठान + दाब शीर्ष + सभी घर्षण और लघु हानियाँ।

द्रवीय शक्ति

Ph = ρ·g·Q·H = 1000·9.81·0.1·48 = 47.09 kW

शाफ़्ट शक्ति

Pshaft = Ph/η = 47.09/0.75 = 62.78 kW

उत्तर

Pshaft = 62.78 kW
24.पंप और पंप शक्ति

उत्तर: Pshaft = 26.64 kW

पंप शक्ति: जल को दी गई शक्ति द्रवीय शक्ति Ph = ρ·g·Q·H = Q·Δp है। शाफ़्ट को अधिक देना पड़ता है क्योंकि पंप में कुछ हानि होती है: Pshaft = Ph/ηpump, और मोटर Pel = Pshaft/ηmotor लेती है। पंप शीर्ष H ऊर्जा समीकरण से मिलता है: स्थैतिक उठान + दाब शीर्ष + सभी घर्षण और लघु हानियाँ।

वेग

V = Q/A = 0.08/0.03142 = 2.546 m/s
V²/(2g) = 0.3305 m

शीर्ष हानियाँ

hL = (f·L/D + ΣK)·V²/(2g) = (16.5 + 6)·0.3305 = 7.436 m

पंप शीर्ष

H = Δz + hL = 17 + 7.436 = 24.44 m

शाफ़्ट शक्ति

Pshaft = ρ·g·Q·H/η = 1000·9.81·0.08·24.44/0.72 = 26.64 kW

उत्तर

Pshaft = 26.64 kW
25.मुद्रा का समय मूल्य

उत्तर: PV = 3755 €

मुद्रा का समय मूल्य: आज का पैसा बाद की उसी राशि से अधिक मूल्यवान है, क्योंकि वह ब्याज कमा सकता है। प्रति अवधि ब्याज दर i पर राशि FV = PV·(1 + i)n के अनुसार बढ़ती है। समान भुगतानों की शृंखला (वार्षिकी) का मूल्य हर भुगतान जोड़कर निकाला जाता है, जिससे वार्षिकी सूत्र बनते हैं।

दर और अवधियों की संख्या

i = 0.048/4 = 0.012
N = 4·6 = 24

वर्तमान मूल्य

PV = FV/(1 + i)N = 5 000/1.331 = €3 755.24

उत्तर

PV = €3 755.24
26.मुद्रा का समय मूल्य

उत्तर: B = 86021 €

मुद्रा का समय मूल्य: आज का पैसा बाद की उसी राशि से अधिक मूल्यवान है, क्योंकि वह ब्याज कमा सकता है। प्रति अवधि ब्याज दर i पर राशि FV = PV·(1 + i)n के अनुसार बढ़ती है। समान भुगतानों की शृंखला (वार्षिकी) का मूल्य हर भुगतान जोड़कर निकाला जाता है, जिससे वार्षिकी सूत्र बनते हैं।

मासिक भुगतान

i = 0.004, N = 360
A = 150 000·0.004/(1 − (1 + 0.004)−360) = €787.00

शेष किस्तों का वर्तमान मूल्य

जो भी अभी बकाया है उसे शेष किस्तों से ठीक-ठीक चुकाना होगा।

N − k = 360 − 216 = 144
B = 787·(1 − (1 + 0.004)−144)/0.004 = €86 021.11

उत्तर

B = €86 021.11
27.NPV और IRR

उत्तर: NPV = 75000 €

शुद्ध वर्तमान मूल्य: हर नकदी प्रवाह को आवश्यक प्रतिफल दर r से आज तक बट्टा करें, फिर जोड़ें: NPV = Σ CFₜ/(1 + r)ᵗ। NPV > 0 वाली परियोजना r से अधिक कमाती है और मूल्य जोड़ती है। आंतरिक प्रतिफल दर (IRR) वह दर है जिस पर NPV = 0।

नकदी प्रवाहों का मूल्य

PV = 38 000/(0.12 − 0.04) = 475 000.00

NPV

NPV = 475 000.00 − 400 000 = €75 000.00

उत्तर

NPV = €75 000.00

NPV धनात्मक है, इसलिए परियोजना आवश्यक प्रतिफल से अधिक कमाती है।

28.NPV और IRR

उत्तर: MIRR = 15.89 %

संशोधित IRR: अंतिम मूल्य TV पाने के लिए हर अंतर्वाह को पुनर्निवेश दर (सामान्यतः पूँजी लागत) पर परियोजना के अंत तक आगे चक्रवृद्धि करें। MIRR वह दर है जो प्रारंभिक निवेश को TV में बदलती है: MIRR = (TV/C₀)^(1/n) − 1।

अंतर्वाहों का अंतिम मूल्य

8 000·1.083 = 10 077.70
14 000·1.082 = 16 329.60
8 500·1.081 = 9 180.00
9 500·1.080 = 9 500.00
TV = 45 087.30

MIRR

MIRR = (45 087.30/25 000)1/4 − 1 = 15.89%

उत्तर

MIRR = 15.89%
29.प्रसामान्य बंटन

उत्तर: z = 1.51

क्षेत्रफल से वापस z तक: Φ(z), z के बाईं ओर का क्षेत्रफल है। बाईं पूँछ के क्षेत्रफल A के लिए सारणी में Φ(z) = A वाला z ढूँढें। दाईं पूँछ के क्षेत्रफल A का अर्थ Φ(z) = 1 − A है। −z और z के बीच का केंद्रीय क्षेत्रफल A हर पूँछ में (1 − A)/2 छोड़ता है, इसलिए Φ(z) = (1 + A)/2। मान x के लिए x = μ + zσ का उपयोग करें।

z के बाईं ओर का क्षेत्रफल

Φ(z) = (1 + 0.8690)/2 = 0.9345

z-सारणी को उलटा पढ़ें

सारणी के भीतर 0.9345 खोजें और z पढ़ें।

z = 1.51

उत्तर

z = 1.51
30.प्रसामान्य बंटन

उत्तर: x = 551 h

क्षेत्रफल से वापस z तक: Φ(z), z के बाईं ओर का क्षेत्रफल है। बाईं पूँछ के क्षेत्रफल A के लिए सारणी में Φ(z) = A वाला z ढूँढें। दाईं पूँछ के क्षेत्रफल A का अर्थ Φ(z) = 1 − A है। −z और z के बीच का केंद्रीय क्षेत्रफल A हर पूँछ में (1 − A)/2 छोड़ता है, इसलिए Φ(z) = (1 + A)/2। मान x के लिए x = μ + zσ का उपयोग करें।

बाईं ओर का क्षेत्रफल

Φ(z) = 0.9

सारणी से z

z ≈ 1.28

मूल इकाइयों में वापस

x = 500 + 1.28·40 = 551 h

उत्तर

x = 551 h

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