Guia Ejercicios Mecanica de Fuidos

Mecánica de Fluidos

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MECANICA DE FLUIDOS I Guía de Ejercicios Nº2 Rapidez de flujo de fluidos, ecuación de continuidad, balances de masa y de cantidad de movimiento, ecuación de Bernoulli

Ejercicio 1) Una cierta bomba de pozo profundo para uso residencial está indicada para proporcionar 745 gal/h de agua. Exprese ésta rapidez de flujo en pie3/s. (Respuesta: 2,77 pie 3 /s)  Ejercicio 2) Una pequeña bomba de medición proporciona 11,4 gal de una sustancia para tratamiento de agua por cada 24 horas. Exprese esta rapidez de flujo en pie 3/s. (Respuesta: 1,76 . 10 -5  pie 3 /s)  Ejercicio 3) Agua a 10 ºC está fluyendo a 0,075 m 3/s. Calcule la rapidez de flujo de peso y la rapidez de flujo de masa. (Respuesta: 0,736 kN/s, 75 kg/s)  Ejercicio 4) Un horno requiere 1200 lb/h de aire para una combustión eficiente. Si el aire tiene un peso peso específico de 0.062 lb/pie³, calcule la rapidez de flujo de volumen requerida. (Respuesta: 5,38 pie 3 /s)  Ejercicio 5) Calcule el diámetro de un conducto que deberá llevar 75.0 pies³/s de un un líquido líquido con una velocidad promedio de 10.0 10.0 pies/s. pies/s. (Respuesta: 3,09 pies)  Ejercicio 6) Si 2000 L/min de agua fluyen por un conducto de 300 mm de diámetro que más adelante tiene un diámetro menor de 150 mm, calcule la velocidad promedio de flujo en cada tramo de conducto. (Respuesta: v 1 1  = 0,472 m/s, v 2  2  = 1,89 m/s)  Ejercicio 7) Un conducto de 150mm lleva 0.072 m³/s de agua. El conducto se ramifica en dos, como se muestra en la figura. Si la velocidad en el conducto de de 50 mm mm es de de 12.0 m/s, ¿cuál es la velocidad velocidad en el conducto de 100 mm ? (Respuesta: 6,17 m/s) 

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Ejercicio 8) Si está fluyendo agua a 180° F con una velocidad de 4,50 pies/s en un conducto estándar de 6 pulg, Calibre 40, calcule la rapidez de flujo de peso en lb/h. (Respuesta: 1,97. 10 5  lb/h)  Ejercicio 9) La velocidad de flujo recomendada en la línea de descarga de un sistema hidráulico de aceite está en el intervalo comprendido entre 8.0 y 25.0 pies/s. Si la bomba proporciona 30 gal/min de aceite, especifique los tamaños menor y mayor adecuados para una tubería de acero. (Respuesta: 1 ¼ x 0,065, 7/8 x 0,065)  Ejercicio 10) Un intercambiador de calor de casco y tubo está hecho con dos tubos de acero estándar, tal como se muestra en la figura. Cada tubo tiene un grueso de pared de 0.049 pulg. Calcule el cociente requerido de rapidez de flujo de volumen en el casco entre la rapidez de flujo de volumen en el tubo, si la velocidad promedio de flujo deberá ser igual en cada uno. (Respuesta: Q tubería /Q tubo  = 2,19) 

Ejercicio 11) En la figura se muestra una sección transversal de un intercambiador de calor de casco y tubo. Calcule la rapidez de flujo de volumen requerida en cada conducto pequeño y en el casco para obtener una velocidad de flujo promedio 25 pies/s en todas las partes. (Respuesta: 0,3535 pie 3 /s, 1,998 pie 3 /s) 

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Ejercicio 12) Una boquilla de flujo, mostrada en la figura, se utiliza para medir la velocidad de flujo. Si la boquilla está instalada dentro de un tubo de 14 pulg, Calibre 40, y tiene un diámetro de 2.75 pulg, calcule la velocidad de flujo en la sección 1 y en el cuello de la boquilla cuando 7.50 pies³/s de agua fluyen por el sistema. (Respuesta: v tubería  = 7,98 pie/s, v boquilla  = 181,8 pies/s) 

Ejercicio 13) Agua a 10°C está fluyendo del punto A al punto B por el conducto que se muestra en la figura a una rapidez de 0.37 m³/s. Si la presión en A es de 66.2 kPa, calcule la presión en B. (Respuesta: 34,9 kPa) 

Ejercicio 14) Calcule la presión requerida en el conducto de la figura, justo delante de la boquilla, para producir una velocidad de chorro de 75 pies/s. El fluido es agua a 180°F. (Respuesta: 25,1 lb/pulg 2  relativa) 

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Ejercicio 15) Para el sistema que se muestra en la figura, calcule (a) la rapidez de flujo de volumen de agua que sale de la boquilla y (B) la presión en el punto A. (Respuesta: 0,0213 m 3 /s, 58,13 kPa ) 

Ejercicio 16) Para el sifón de la figura, calcule (a) la rapidez de flujo de volumen de agua que pasa por la boquilla y (b) la presión en los puntos A y B. La distancia X es de 4.6 m y la distancia Y es de 0.90 m. (Respuesta: 4,66.10 -3  m 3 /s, -2,82 kPa, -11,65 kPa ) 

Ejercicio 17) Aceite con peso específico de 8.64 kN/m³ fluye de A a B por el sistema que se presenta en la figura, calcule la rapidez de flujo de volumen del aceite. (Respuesta: 1,48.10 -3  m 3 /s ) 

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Ejercicio 18) Gasolina (sg = 0.67) está fluyendo a 4.0 pies³/s en el conducto de la figura. Si la presión antes de la reducción es de 60 lb/ pulg² relativa, calcule la presión en el conducto de 3 pulg de diámetro. (Respuesta: 31,94 lb/pulg 2  relativa) 

Ejercicio 19) ¿Qué presión se requiere que haya por encima del fluido de la figura, para que el chorro se eleve a 28.0 pies? La profundidad de fluido es de 4.50 pies. (Respuesta: 10,18 lb/pulg 2  relativa) 

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Ejercicio 20) Calcule el tiempo requerido para vaciar el tanque que se muestra en la figura, si la profundidad original es de 15 pies. El diámetro del tanque es de 12.0 pies y el diámetro del orificio es de 6.00 pulg. (Respuesta: 556 s) 

Ejercicio 21) Encuentre la rapidez de flujo de volumen de agua que sale del tanque que se muestra en la figura. El tanque está sellado y tiene una presión de 140 kPa por encima del agua. Hay una pérdida de energía de 2,0 N.m/N mientras el agua fluye por la boquilla. (Respuesta: 3,33.10 -2  m 3 /s) 

Ejercicio 22) La configuración que se presenta en la figura se está utilizando para medir la pérdida de energía en una válvula. La velocidad de flujo del aceite es de 1,2 m/s. Calcule el valor de K si la pérdida de energía está expresada como K(v2/2g). (Respuesta: 72,7 adimensional ) 

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Ejercicio 23) Se tiene un flujo de agua desde un embalse muy grande hasta una turbina, como se muestra en la figura. Si no se tiene en cuenta la fricción a lo largo de las tuberías (son cortas con diámetros grandes), determine la potencia desarrollada por el flujo sobre la turbina para los datos dados en el diagrama. (Respuesta: 124,1 hp) 

Ejercicio 24) La bomba que se presenta en la figura se encuentra sacando aceite, cuya gravedad específica es de 0,85, a una rapidez de 75 L/min. La presión en el punto A es de –20 kPa, mientras que la presión en B es de 275 kP. La pérdida de energía en el sistema es 2,25 veces la cabeza de velocidad en el conducto de descarga. Calcule la potencia transmitida por la bomba al aceite. (Respuesta: 390 W ) 

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Ejercicio 25) El agua que está siendo bombeada en el sistema que se presenta en la figura, se descarga en un tanque que se está pesando. Se tiene que 556 lb de agua se reúnen en 10 s. Si la presión en A es de 2,0 lb/pulg2 por debajo de la presión atmosférica, calcule la potencia en caballos de fuerza transmitida por la bomba al agua. (Respuesta: 2,80 hp) 

Ejercicio 26) En el sistema que se muestra en la figura fluye queroseno (sg = 0.823) a 0,060 m3/s. Calcule la presión en B si la pérdida total de energía en el sistema es de 4,60 N.m/N. (Respuesta: 35 kPa) 

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Ejercicio 27) En la figura se muestra un diagrama de un sistema de potencia de fluido para una prensa hidráulica, utilizado para extruir partes de goma. Se conocen los siguientes datos: (a) El fluido es aceite (sg = 0,93), (b) La rapidez de flujo de volumen es de 75 gal/min, (c) La potencia de entrada a la bomba es de 28,4 hp y su eficiencia es del 80 %, (d) La pérdida de energía del punto 1 al 2 es de 2.80 lb-pie/lb, del punto 3 al 4 de 28,5 lbpie/lb y del punto 5 al 6 es de 3.50 lb-pie/lb. Calcule la potencia que obtiene la prensa del fluido, y la presión en el punto 5. (Respuesta: 21,16 hp, 1,01 lb/pulg 2  relativa) 

Ejercicio 28) A través de un tanque grande que tiene un diámetro de 5 pies fluye agua a una velocidad relativa dada por: V = 6.25 – r2 (pies/s). Calcule la velocidad promedio del agua que sale por el tubo más pequeño que tiene un diámetro interno de 1 pie. (Respuesta: 78.13 pies/s) 

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Ejercicio 29) Evaluar la fuerza causada por el flujo interno permanente de un líquido sobre el codo reductor que se muestra en la figura. Los valores medios de las características del flujo en la entrada y en la salida se conocen, así como la geometría del codo reductor. (Respuesta: F x  = p 1A   .  cos θ  -  ρ 1  V 1A   1   – p 2A   2   1  (V 2c   os θ  - V 1 ),   F y  = – p 2A   .  sen θ  -W-  ρ 1  V 1A   2    1(  V 2s   en θ  ), W = peso del fluido) 

Ejercicio 30) Encuentre la fuerza ejercida sobre el álabe fijo cuando un chorro que descarga 60 L/s de agua a 50 m/s es desviado 45º. Considere presiones manométricas. (Respuesta: F x  =  ρ .Q.v 1  -  ρ .Q.v 2c  os θ  , F y  =  ρ .Q.v 2.  sen θ  )