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PLAN DE ESTUDIOS INGENIERÍA CIVIL
MECANICA DE FLUIDOS – 170540 Taller No. 1: HIDRODINAMICA
5,17Un rodamiento de empuje Kingsbury está compuesto por un cierto número de pequeñas
cuñas cuya superficie interior esta inclinada con respecto a la horizontal. Una de estas cuñas A se muestra en detalle. Por debajo de las cuñas fluye aceite y por esto se desarrolla un empuje ertical. !l perfil de elocidad del aceite con respecto a la base se muestra a la entrada de la cuña. "i no se consideran fugas laterales# $cuál es la elocidad promedio del aceite que sale de
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la regi%n por debajo de la cuña con respecto respecto al terreno& terreno& 'o es la elocidad elocidad promedio promedio de la cuña con respecto a la base estacionaria.
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5,22(cuál es la fuerza ejercida por el agua y el aire sobre el montaje codo)boquilla& !l agua
sale como un chorro libre desde la boquilla. !l olumen interior del montaje codo)boquilla es de *.+ m,.
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5,25!l álabe de la figura se muee con una elocidad constante u- m/s. Un chorro de agua
con elocidad '# - 0 m/s choca con 1ste# como se muestra. !l agua sale del álabe por tres lugares# y en la boquilla de salida la elocidad del agua es '# - +*m/s con respecto a 1ste. !l área A# - *.* m mientras que el área A#-*.*2 m . Por 3 sale el doble de agua que por 4. 4alcule el empuje sobre el álabe5 utilice un olumen de control que no corte el soporte de aquel. "uponga que no hay fricci%n ni efectos graitacionales sobre el flujo no confiado en el álabe en s6. "in embargo# el flujo en la boquilla de salida tiene una elocidad de salida de fluido diferente debido a que en esta boquilla el flujo es confinado y se e7pulsa a una elocidad mayor con respecto al álabe.
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5,0 A tra1s del codo de doble salida se muee agua en forma permanente con !, - 8 m/s. !l
olumen interno del codo es + m ,.!ncuentre las fuerzas ertical y horizontal que el aire y el agua ejercen sobre el codo. "uponga '9 - +* m/s.
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5,1 A tra1s de un codo reductor fluye agua. Un tubo está soldado al codo reductor y pasa a
tra1s de 1ste conduciendo un flujo permanente de aceite. a: !ncuentre la componente de fuerza horizontal que el agua ejerce sobre el codo. b: !ncuentre la fuerza horizontal que el aire ejerces obre el codo. c: !ncuentre la fuerza horizontal que el a"e#$e ejerce sobre el codo. d: 4alcule la fuerza total que el agua# el aire y el aceite ejercen sobre el codo.
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5,4Un sistema ertical como el que se muestra en la figura conduce un caudal de agua de +
m/s desde un gran embalse. !n la ;++,: m ,/s se dirige hacia la izquierda y >/,: m,/s hacia la derecha. ?a tuber6a !3 pesa + @/m# la tuber6a A3 pesa *.0 @/m y la tuber6a 34 pesa *.2 @/m. !ncuentre las fuerzas totales horizontal y ertical ejercidas sobre las tuber6as por el de fluido y el aire al igual que por la graedad que actúa sobre el agua y la tuber6a. !n A y 4 se tienen chorros libres. p! -,B*.C @Pa manom1trica.
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5,4Un sat1lite de comunicaciones de forma esf1rica se muee en el espacio e7terior con una
elocidad * o más eces la elocidad del sonido >es decir# con un eleado número de Dach:. Dol1culas con una masa m se mueen a la elocidad del sonido. Eebido a la disparidad de elocidades entre el sat1lite y las mol1culas# puede suponerse que 1stas están quietas y que el sat1lite se muee con una elocidad 'o chocando con las mol1culas en frente de 1l. "e supondrá que las colisiones son elásticas de manera que el ángulo de incidencia F es igual al ángulo de refle7i%n Ɵ >(recuerda %ptica&:. Utilizando un olumende control fijo al sat1lite# como se muestra# calcule el arrastre. 4ada una de las mol1culas tiene una masa m. !7isten n mol1culas por unidad de olumen. Utilice las bandas mostradas e integre desde Ɵ - *hasta Ɵ - Gr/. !l radio de la esfera es H. Eebido aque no se tiene un continuo# no hay presi%n
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como tal5 solamente la colisi%n de mol1culas discretas con lasuperficie del sat1lite. '1ase el problema 8.,B antes de proseguir.
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5,7% A tra1s de un tubo con diámetro interno de 0 pulg fluye agua. !ncuentre el momento total
que el agua# el aire y el peso de la tuber6a ejercen sobre 1sta en la base A. Ista pesa +* Jb/pie. ?a presi%n manom1trica en A es de +* lb/pulg. !l flujo es permanente. Utilice un olumen de control como el del ejemplo 8.++.
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&,1%Un e7tremo de un tubo en U se orienta dielocidad de la corriente es cero en ese punto. ?a presi%n en el punto dentro del flujo que ha sido detenido en esta forma 'e conoce como presi%n
de estancamiento. !n otro e7tremo el tubo en U mide la presi%n ;no perturbada= en una secci%n de flujo. "in tener en cuenta la fricci%n# determine el caudal del agua en la tuber6a. a. 4alcule el caudal ideal a tra1s del sistema de tuber6as mostrado.
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&,21Un tubo entur6metro es un aparato que se inserta en una tuber6a para medir caudales de
flujos incompresibles. !stá compuesto por una secci%n conergente que reduce el diámetro hasta una medida situada entre +/ y +/C del diámetro de la tuber6a yes seguido por una secci%n diergente. Dediante un man%metro diferencial# como se muestra# se mide la diferencia a presi%n entre el punto inmediatamente aguas arriba del entur6metro y la garganta de 1ste. Eemuestre queL
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Eonde cf e' el "oe(#"#e)$e *e *e'"ar+a, que tiene en cuenta los efectos de la fricci%n y se determina en forma e7perimental.
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&,22Mtra manera de medir tasas de flujo es utilizar la boquilla de flujo# que es un aparato que
se inserta en la tuber6a# como se muestra. "i A# es el Nrea de salida de la boquilla# demuestre que en un flujo incompresible para el que se obtieneL
Eonde "* e' el coeficiente de descarga# que tiene en cuenta los efectos de la fricci%n y se determina e7perimentalmente.
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&,4!n el pasado se ha tratado de utilizar un sistema para recolectar ostras desde el fondo del
oc1ano. Una bomba localizada a bordo de un barco pasa+#8** galones/minuto de agua a tra1s de una tuber6a de 0 pulg hacia una boquilla de eyecci%n que se encuentra localizada dentro de una segunda boquilla más grande !# abierta en el e7tremo A y conectada a un tubo de +* pulg. !l chorro de agua que sale de la boquilla eyectora en 3 impulsa agua hacia la boquilla mayor ! y succiona 8* galones/minuto de agua y de ostras hacia la boquilla mayor en A. ?a densidad relatia combinada del agua y las ostras que entran en A es +.,. "i se toma la presi%n de A como la presi%n hidrostática de los alrededores# (cuál es la potencia que requiere la bomba&
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&,41Eentro de un tanque grande se encuentra agua con una presi%n manom1trica de ,8 @Pa en
su superficie libre. Ista se bombea a tra1s de una tuber6a# como se muestra# y sale a tra1s de una boquilla para formar un chorro libre. Utilizando los datos dados# (cuál es la potencia requerida por la bomba&
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&,4%!l diámetro interno del sistema de tuber6as mostrado es de 0 pulg. !l diámetro de la
boquilla de salida es de , pulg. a. 4uál es la elocidad '# del flujo que sale por la boquilla& >no considere el flujo dentro de la tuber6a como no iscoso:. b. 4uál es el momento respecto de A causado solo por el agua sobre la tuber6a& 34 es paralelo a la direcci%n z >solamente plantee la ecuaci%n de momento de momentum:. Puede considerarse que la superficie libre se encuentra a una altura constante.
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&,50Una fuente de agua tiene cuatro surtidores id1nticos que emergen desde un tanque dentro
del cual hay una bomba >no se muestra: que dirige los flujos hacia los cuatro surtidores. 4onsidere el surtidor A. !l ector unitario ! de la l6nea central del tubo A está dado porL
"i cada uno de los tubos tiene un diámetro interno de , pulg# (cuál es la fuerza ertical sobre el tanque y el torque sobre el tanque respecto del eje y en el centro de 1ste# ambos como resultado de flujo de agua& !l flujo de entrada en 3 se localiza en el plano 7y.
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