Solucion Examen de Entrada de Mecanica de Fluidos 2-VERANO 2020

 

“UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARIA” ESCUELA PROFESIONAL DE MECANICA, MECANICA ELECTRICA Y MECATRONICA

CURSO: MECANICA DE FLUIDOS II

ESTUDIANTE: CARACELA MINAYA CARLOS ENRIQUE TEMA: SOLUCION EXAMEN DE ENTRADA GRUPO: “VERANO 2020”

 AREQUIPA -2020 -2020

 

UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARÍA FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS FÍSICAS Y FORMALES ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA MECÁNICA , MECÁNICA ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

PRUEBA DE ENTRADA  MECANICA DE FLUIDOS II CICLO VERANO 2020 Indicaciones Generales: * No se permite el uso de celular prendido durante el desarrollo del examen. * Cualquier intento de plagio anula el examen.

Nombre: Caracela Minaya Carlos Enrique

* No se permite respuestas escritas con lapicero rojo o lapiz. * Duración : 120 minutos * Puntaje: 20 ptos

Co Co digo: 2015601871

Problema 1 Determine la nueva lectura diferencial en el mano mano metro inclinado de mercurio de la igura, si la presio n en A decrece 10 Kpa y la presio presio presio n en B se mantiene constante. El luido e en n A tiene una densidad relativa de 0.9 y el luido en B es agua, el peso especiico del mercurio es de 133KN/m3 

1. Esta Estado do ini inici cial al  P A + γ  A∗( 0.1 ) + γ  Hg∗( 0.05sin ( 30 ) ) −γ  H   22 O∗ ( 0.08 )= P B  ……. (1)

2. Esta Estado do Fina Finall  P A + γ  A∗( 0.1 −a sin30 ) + γ  Hg∗( a sin sin 30+ 0.0 0.05 5 sin sin 30+ a ) −γ  H   22 O∗( 0.08 + a ) = P B …(2)

 

3. Igualan Igualando do las ecuacion ecuaciones es y despejando despejando la variable variable a tenemos tenemos::  P A − P A =10 KPa

a=

(

 )

−  P  P A − P  A

sin n 30+ 1 ) + γ  H   22 O sin 30−γ  Hg∗( si γ  A∗sin

−10

 KN  2

m a= ( 0.9 ) 9.81 KN  ( 0.5 m )− 133 KN  ( 0.5 m+1 m ) +9.80 KN  3 3 3 m m m

(

)

(

)

a =0.0540 m ∆ h=

=

∆h

  a si sin n 30

+ 0.05+ a

0.0540 m 0.5

∆ h=0.212 m

+ 0.05

+ 0.0540

m

m

 

Problema 2 Para la instalación esquematizada esquematizada:: Calcular: a) curva característi característica ca de la instalación  b) seleccionar la la bomba más adecu adecuada. ada.

c) Altura máxima entre el tanque de aspiración y la brida de aspiración para que no se  produzca cavitación cavitación la bomba. Datos: Caudal (deseado): 24 m3/h Delta z:12.5 m Fluido agua a 20oC Cañería acero comercial (e=0.003 cm) Diámetro 3” (calibre 40) Longitud de aspiración: 25 m Longitud de impulsión: 125 m Longitudes equivalentes para los accesorios: Válvula de pie: 25 m Codo 90o: 5 m Junta de dilatación (1 aspiración y 1 impulsión): 5 m

 

1. Ec Ecua uaci ción ón de de Ener Energí gía a 2

2

 P 1 V 1  P2 V 2  + + z 1+ Hb − Hp =   + + z γ  2 g γ  2 g 2

 Hb= z 2− z 1 +

(

2

4

π   D g 2. Núme Número ro de de Rey Reyno nold ldss  ρ D V  ℜ=  μ 1000

ℜ=

)

f   L + f   Leq  + ∑ k  ∗8 Q2  D  D

 kg −m m

3

  ∗0.0762 m∗1.47

 m seg

∗seg

−3 N 

1∗10

m

2

ℜ=111937.8 3. Ecuación Ecuación de de Coolebro Coolebrook ok – hallar hallar factor factor de de fricción fricción ε 1  D   2.5 =−2log  ( + ) 3.71 ℜ∗√ ff   f  √ f  1

f  √ f 

=−2log  ¿ −2

f =1.956 x 10

=0.019556

4. Reempl Reemplaz azand ando o en ecuac ecuación ión 1

 Hb=12.5 m +

(

 )

0.019∗150 m 0.019∗45 m 2   + ∗8 Q 0.0762 m 0.0762 m 2

π 

4

¿ ( 0.0762 m) ∗9.81

 Hb=12.5 m + 122648.15 Q

2

 m 2 seg

 

5. Tabul Tabulan ando do para para elecc elección ión de de bomba bomba

3

3

Hb (m)

 m Q ( ) seg

m Q( ) hr

12.5000

0

0

12.6226

0.001

3.6

12.7760

0.0015

5.4

12.9906

0.002

7.2

13.2666

0.0025

9

13.6038

0.003

10.8

14.0024

0.0035

12.6

14.4624

0.004

14.4

14.9836

0.0045

16.2

16.7694

0.0059

21.24

18.0057

0.0067

24

se tendrá que usar la bomba de /130

6. Reemplaz Reemplazando ando en la ecuación ecuación del sistem sistema a 2

 Hb=12.5 m + 122648.15 ( 0.0067 )

 Hb=18.00567 m 3

m La altura máxima entre el tanque de aspiración y la brida para un caudal de 24   hr es de 18.00567m

 

Problema 3 entre sí una tubería de aceite y un tanque rígido de aire mediante un manómetro, Se conectan como se muestra en la figura. Si el tanque contiene 15 kg de aire a 80°C, determine a) la presión absoluta en la tubería y b) el cambio en h cuando la temperatura en el tanque desciende hasta 20°C. Suponga que la presión en la tubería de aceite permanece constante y que el volumen de aire en el manómetro es despreciable con relación al volumen del tanque.

1. Ecuaci Ecuación ón de los los gases gases (T=8 (T=80°C 0°C))  Paire = mRT  V   Paire =

(

  )(

(15 kg ) 0.287  KPam kg K  1.3 m

3

80 + 273 ) K 

3

 Paire =1169 KPa

2. Ecuaci Ecuación ón gener general al manó manómet metro ro  Paceite +( δgh)aceite +( δgh ) Hg= Paire  Paceite = Paire −( δgh )aceite −( δgh )  Hg Hg

 

 Paceite =11669 KPa−(1000

 Paceite =1123 kPa

≅

 kg

m

 )( 9.81 2 )[ 2.68 ( 0.75 m )+ 13.6 ( 0.2 m ) ](

3

m

s

1 kPa   1 kN  ) )( kN  kg m 1 2 1000 2 m s

1120 kPa

3. Ecuaci Ecuación ón de los los gases gases (T=2 (T=20°C 0°C))  Paire =

 Paire =

mRT  V 

(

  )(

(15 kg ) 0.287  KPam kg K 

3

20 + 273 ) K 

3

1.3 m

 Paire =970 KPa

4. 4.Ecuación Ecuación manómetro  Paceite + ρ aceite g ( h aceite + x ) + ρ Hg g ( h Hg−7.894 x ) = Paire  Paire − Paciete SGaceite ( haciete + x ) + SG Hg ( h Hg−7.894 x ) =  ρw g

2.68 ( 0.75 + x ) + 13.6 ( 0.20−7.894 x )=

  ( 970−1123 ) kPa 1000

 x =0.194 m=19.4 cm

(   )( ) 1000

(

 kg

9.81

3

m

)(

∗

 m 2

s

)

 kg m 2

s 1 kN 

 1

 kN  2

m 1 kPa