Capitulo 4: Dinámica de los fluidos I (Análisis global del

Capitulo 4: Dinámica de los Fluidos I
(Análisis global del comportamiento dinámico de los fluidos).
Capitulo 4:
Dinámica de los fluidos I
(Análisis global del comportamiento dinámico de los
fluidos).
1) Explique los siguientes conceptos y/o ecuaciones:
a) Circulación.
B) Volumen de control.
B) Teorema de transporte de Reynolds.
c) Fuerza de resistencia.
D) Numero de Reynolds.
2) A partir de la ecuación de la energía (primera ley de la Termodinámica), obtener la
ecuación de Bernoulli. Explique las restricciones usadas.
3) Explique el teorema de transporte de Reynolds, aplíquelo a la primera ley de la
termodinámica y obtenga la ecuación de la energía (en forma integral).
4) Un tubo en U que actúa como sifón para agua, se
muestra en la figura.
Determinar:
a) La velocidad del chorro libre.
b) La presión absoluta del fluido en el punto A del
conducto.
5) Mostrar que para un fluido no viscoso, la ecuación de la energía en régimen estacionario
se puede escribir:
Y dedúzcase el teorema de Bernoulli, imponiendo las limitaciones correspondientes.
6) Por una tubería fluye oxigeno puro.
En la sección A el diámetro es de
, la temperatura
, la
presión
y la velocidad media
. En la sección , donde el
diámetro es
, la temperatura
es de
y la presión
.
Calcular la velocidad media en y el
caudal en masa.
Constante del gas
.
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7) Por una tubería circular de radio
velocidades dada por:
fluye un fluido viscoso, con una distribución de
Calcular la velocidad media en
el tubo después que el diámetro
ha sido reducido al valor
. El
fluido es de densidad constante.
8) El aire fluye en régimen permanente por una tobera convergente. Se dan las siguientes
condiciones en las dos secciones (1) y (2), ver figura:
Se pide
y , sabiendo que:
a) El flujo es isotermo.
b) El flujo es adiabático.
9) Para vaciar un estanque se coloca una cañería en
forma de sifón, como se indica en la figura. La salida
de la cañería se puede colocar a voluntad debajo del
nivel libre del agua del estanque. Determinar el punto
mas bajo donde se puede colocar, para que se produzca
cavitación en la tubería cuando el estanque esta por
vaciarse. (
Presión de vapor).
10) Desde un boquilla montada sobre un bote, se descarga horizontalmente un chorro de
agua de
de diámetro con una velocidad de
¿ Cual es la fuerza necesaria para
mantener el bote en reposo?
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11) Demostrar el teorema de Bernoulli generalizado a partir de la ecuación de la energía y
evaluar los términos
y
, en función de los términos que aparecen en dicha ecuación.
12) En la instalación indicada, calcular la
potencia que ha de tener la bomba,
instalada como se indica, si ella tiene una
eficiencia de
y ha de suplir un caudal
de
, siendo el liquido una gasolina
de peso especifico relativo
. Se admitirá
que las perdidas en la tubería, codos, llave,
etc., equivalen a una constante
.
13) Se da una tubería de fundición (
) de
de largo y
de
diámetro por la cual ha de circular petróleo crudo de densidad relativa
y viscosidad
cinemática
. Si el caudal en esa tubería es de
, y si se encuentra
en un terreno plano, inclinado de
con respecto a la horizontal, se pregunta:
a) ¿Cuál es la perdida de carga en la tubería?
b) Si la presión inicial es de
, encontrar cual será la presión final, sabiendo que
el líquido va subiendo por la tubería.
14) Se llama velocidad de caída de un cuerpo en un fluido a la velocidad límite que alcanza
un cuerpo cuando su peso es equilibrado por el empuje y la fuerza de arrastre. Calcule la
velocidad de caída de
de arena de
de diámetro (
).
15) Calcular la velocidad de caída de una gota de lluvia de
de radio (viscosidad
del aire
; densidad del agua
. ¿Es correcto aplicar la ley de Stokes?
.
16) Se llama velocidad de caída de un cuerpo en un fluido, la velocidad limite que alcanza
el cuerpo cuando su peso es equilibrado por las fuerzas generadas por el fluido: el empuje
hidroestático
y la fuerza de arrastre debida al movimiento (
).
Calcule la velocidad de caída de un grano de arena de
de diámetro en el agua,
suponiendo el grano de forma esférica y sabiendo que la densidad del cuarzo (arena) es de
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, se supondrá el agua a temperatura de
.
y
17) Determinar el máximo radio para el que se puede utilizar la ley de Stokes si se quiere
determinar la velocidad terminal de partículas esféricas de polvo de densidad
a) Cuando están en aire a
b) Cuando están en agua a
del aire a
viscosidad del agua a
.
. (Densidad del aire a
, densidad del agua a
)
18) Una bola de acero de
de diámetro y densidad de
una masa de aceite de densidad relativa
y viscosidad cinemática
¡Cual es la velocidad limite alcanzada por la bola?
viscosidad
cae a través de
.
19) En una arteria se ha formado una placa
arteriosclerótica, que reduce el área transversal
a
del valor normal. ¿En que porcentaje
disminuye la presión en el punto donde ha
habido
este
accidente
vascular?
(presión media normal de la sangre,
; densidad de la sangre; 1,056(
; velocidad media normal de la sangre;
).
20) Un codo reductor de
esta colocado horizontalmente. Sus características y otros
datos de funcionamiento son los siguientes:
Entrada: Diámetro
, velocidad
, presión
.
Salida: Diámetro
.
Determinar los componentes según los ejes
, de la fuerza que el fluido (
) que
circula por la tubería ejerce sobre el codo.
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21) Una chimenea cilíndrica de
de diámetro y de
de altura esta sometida a un
viento uniforme de
. Las condiciones atmosféricas son de
y presión de
. Determínese el momento flector que se produce en la base de la chimenea como
consecuencia del empuje del viento.
22) En una experiencia de laboratorio, hecha con una tubería de
de diámetro se ha
medido una diferencia de nivel de
de mercurio en un piezómetro agua-mercurio (
) conectado a dos tomas de presión
y
distantes de
, tal como se indica
en la figura. Sabiendo que el caudal era de
, se pregunta cual es el coeficiente
de fricción, y la rugosidad aparente del tubo, si el agua esta a la temperatura de
(
).
23) En la figura las pérdidas hasta la sección son
es de
. Determine el caudal y la carga .
ya la presión manométrica en
24) Una manguera de incendio de
de diámetro termina en una boquilla de
de diámetro y entrega un gasto de
de agua. Se desea saber con que fuerza un
bombero debe sostener la boquilla para mantenerla en reposo, suponiendo que la manguera
es lo suficientemente flexible como para no contribuir al esfuerzo.
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25) En la figura el fluido que circula es aire de
densidad
, y el fluido del nanómetro es
aceite de densidad relativa
. Calcular el flujo
volumétrico (Caudal).
26) En un tubo vertical con cambio de
sección, circula gasolina de densidad
relativa
. Usando la indicación del
manómetro de mercurio, que se encuentra
instalado como se indica en la figura ¿Cuál
es el caudal de gasolina en la tubería?
27) Durante una manifestación que degenero en desorden callejero, la policía decidió
utilizar el agua proveniente de un hidratante (“guanaco”) para desmantelar una barricada
construida por los manifestantes. La barricada tenia la forma de una placa plana como se
muestra en la figura. La velocidad del agua que sale de la boquilla es
relativa a la
boquilla; el área de la boquilla es
. Si se supone que el agua incide
perpendicularmente sobre la placa y el flujo es estacionario. Determinar la fuerza
horizontal que actúa sobre la barricada.
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28) Obtenga una expresión para la perdida de carga en una expansión repentina de una
tubería, en términos de y la relación de áreas (ver figura). Suponga perfiles de velocidad
uniformes y que la presión en el ensanchamiento repentino es .
29) Despreciando todas las pérdidas, calcular el caudal en la tubería indicada y las
presiones en los puntos
Unidades a usar: Caudal
; Presiones:
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30) Calcúlese la potencia que debe tener la bomba del sistema que se muestra para que
trabaje en las condiciones indicadas, con una eficiencia del
.
31) Calcular, despreciando las pérdidas, el
nivel de agua de la figura, para el cual
comienzan a formarse burbujas de vapor en
la garganta de la tobera (presión de vapor
del agua
.
32) Se Bombea agua desde un deposito a través de un sistema de tuberías como se indica en
la figura. La bomba desarrolla
sobre el flujo. ¿De que presión manométrica se
dispondrá en el dispositivo si se mantiene un flujo de
?. Se admitirá que las
pérdidas en la tubería, codos, etc. Equivalen a una constante (
.
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33) En el sistema mostrado en la figura, calcúlese la potencia que ha de tener la bomba, si
se consideran despreciables las perdidas menores y se tienen los siguientes datos:
Densidad relativa al agua del fluido que ha de circular:
.
Viscosidad cinemática de dicho fluido:
Caudal:
Rugosidad aparente de la tubería:
Diámetro de los tubos:
y
.
Eficiencia de la bomba:
Los demás datos están indicados en la figura.
34) Un medidor de orificio consiste en un encogimiento brusco del diámetro de una tubería.
Si se miden las presiones antes y después del orificio, tal como se muestra en la figura.
Determinar el caudal que pasa por la tubería, en función de
y .
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35) Una maquina toma aire, en régimen estacionario a través de la sección
por las secciones y . Las propiedades en cada sección son las siguientes:
Sección
1
2
3
0,037
0,093
0,023
2,83
1,13
1,42
21
38
93
1,83
2,07
¿?
y lo descarga
0,30
1,22
0,46
La maquina comunica al aire una potencia de
. Calcular el calor
producido en este proceso,
. Suponer que el aire es un gas ideal.
.
36) Una maquina que funciona con un fluido compresible que se supondrá ser un gas ideal,
trabaja en las condiciones indicadas en el esquema. Si la potencia recibida, así como el
calor, son estacionarios, y
, se pregunta la tasa de variación de la energía
acumulada dentro de la maquina.
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37) En una maquina entra un liquido real por dos tubos de área y respectivamente, ya
sale por una sección
de área . Si la temperatura es constante y la densidad
,
se pide, con los datos indicados en la figura, cual es el trabajo motor que puede esperarse.