Taller Final 2

UNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA – FACULTAD INGENIERÍAS TALLER FINAL MECÁNICA DE FLUIDOS – INGENIERÍA CIVIL 1. Se lee que la presión manométrica de un líquido a una profundidad de 3 m es de 28 kPa. Determine la presión manométrica en el mismo líquido a una profundidad de 12 m. R/ 112 kPa. 2. Determine la presión atmosférica en un lugar donde la lectura barométrica es de 750 mm Hg. Tome la densidad del mercurio como 13 600 kg/m3. 3. 3-22 Determine la presión que se ejerce sobre un buzo a 30 m por abajo de la superficie libre del mar. Suponga una presión barométrica de 101 kPa y una gravedad específica de 1.03 para el agua de mar. Respuesta-. 404.0 kPa 4. Determine el valor de la presión en el fondo del tanque

6. El manómetro de mercurio indica una lectura diferencial de 0.3 m cuando la presión en el tubo A es de 25 mm Hg al vacío. Determinar la presión en el tubo B.

5. Se presuriza el agua que está en un tanque mediante aire y se mide la presión con un manómetro de fluidos múltiples, como se muestra en la figura P3-9. Determine la presión manométrica del aire en el tanque si h1 = 0.2 m, h2 = 0.3 m, y h3 = 0.46 m. Tome las densidades del agua, el aceite y el mercurio como 1000 kg/m3, 850 kg/m3, y 13 600 kg/m3, respectivamente.

7. 3-24 Un gas está contenido en un dispositivo de cilindro y émbolo en posición vertical. El émbolo tiene una masa de 4 kg y un área de la sección transversal de 35 cm2. Un resorte comprimido arriba del émbolo ejerce una fuerza de 60 N sobre éste. Si la presión atmosférica es de 95 kPa, determine la presión en el interior del cilindro. Respuesta: 123.4 kPa

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8. Dos manómetros, uno de carátula y otro de tubo en U, están sujetos a un tanque de gas para medir su presión. Si la lectura en el manómetro de carátula es de 80 kPa, determine la distancia entre los dos niveles del fluido en el de tubo en U, si el fluido es á) mercurio ( = 13 600 kg/m3) o b) agua ( = 1 000 kg/m3).

9. Se mide la presión en una tubería de gas natural con el manómetro que se muestra en la figura, con una de las ramas abierta a la atmósfera en donde la presión atmosférica local es de 14.2 psi. Determine la presión absoluta en la tubería.

10. Encuentre la distancia d para el tubo en U

11. La presión sanguínea máxima en el antebrazo de una persona sana es de alrededor de 120 mm Hg. Se conecta a la vena un tubo vertical abierto a la atmosfera, en el brazo de una persona. Determine la altura hasta la que ascenderá la sangre en el tubo. Tome la densidad de la sangre como 1050 kg/m3. R/ 1.55 m 12. Se mide la presión manométrica del aire que está en el tanque, como se muestra en la figura P3-40, y resulta ser de 65 kPa. Determine diferencia h en los niveles de mercurio.

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UNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA – FACULTAD INGENIERÍAS TALLER FINAL MECÁNICA DE FLUIDOS – INGENIERÍA CIVIL 15. Un pistón cuya área es de 3 ft2 está localizado en un cilindro que contiene aceite (SG=0.9) como se muestra en la figura. El cilindro está conectado a un tanque presurizado que contiene agua y aceite. Una fuerza P, mantiene el pistón en su lugar. (a) Determinar la fuerza requerida P (b) Determine la cabeza de presión (expresada en columna de agua) que actúa en el fondo del tanque 13. Se va a levantar una carga de 500 kg que está sobre el elevador hidráulico que se muestra en la figura, vertiendo aceite ( = 780 kg/m3) en un tubo delgado. Determine cuál debe ser la altura h para empezar a levantar el peso.

16. Dos cámaras con el mismo fluido en su base están separados por un émbolo cuyo peso es de 25 N, como se muestra en la figura. Calcule las presiones manométricas en las cámaras A y B. 14. Una línea de gasolina está conectada a un medidor de presión por medio de un manómetro en doble U, como se muestra en la figura. Si la lectura del medidor de presión es de 370 kPa, determine la presión manométrica de la línea de gasolina. Aceite DR=0.79 P=370 KPa Gasolina DR=0.7

0,1

0,22

0,5

Aire

0,45

A

Agua Mercurio DR=13.6

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UNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA – FACULTAD INGENIERÍAS TALLER FINAL MECÁNICA DE FLUIDOS – INGENIERÍA CIVIL 17. Sabiendo que el manómetro del depósito B de la figura señala una presión de 5 atm, se pide: Presión existente en el punto A en kg/cm 2. (S densidad relativa). R= 1,794 m

18. La compuerta rígida OAB de la figura está articulada en O y permanece contra un soporte rígido en B. ¿Cuál es la mínima fuerza horizontal P que se requiere para mantener cerrada la compuerta si su ancho mide 3 m? Ignore el peso de la compuerta y la fricción en la articulación. La parte superior de la compuerta está expuesta a la atmosfera. R/ 435,56 kN

pide: Fuerza horizontal que debe aplicarse en B, en módulo y sentido, para que la compuerta se mantenga en equilibrio. R= 2.221,9 daN; hacia la derecha.

20. El flujo de agua desde un recipiente se controla por una compuerta con forma de L y de 5 ft de ancho, articulada en el punto A, como se muestra en la figura. Si se desea que la compuerta se abra cuando la altura del agua sea de 12 ft, determine la masa del peso necesario W. R/ 30900 lbf

19. La compuerta AB de la figura tiene 1,20 m de anchura normal al dibujo y está articulada en A. Se

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UNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA – FACULTAD INGENIERÍAS TALLER FINAL MECÁNICA DE FLUIDOS – INGENIERÍA CIVIL 21. La compuerta circular de 4m de diámetro que se muestra en la figura está situada en la pared inclinada de un gran depósito que contiene agua. La compuerta está montada sobre un eje a lo largo de su diámetro horizontal. Para una profundidad de agua de 10 m arriba del eje, determinar a) la magnitud y la ubicación de la fuerza resultante que ejerce el agua sobre la compuerta y b) el momento que se debe aplicar al eje para abrir la compuerta. R/ a)1.23 MN, 11.6 m b) 1.07x105 N m 23. Calcule la magnitud de la fuerza resultante sobre el área inclinada y la localización del centro de presión. Muestre la fuerza resultante sobre el área y señale claramente su localización. El diámetro de la ventana es de 2 pies R/ FR =

22. Una compuerta como la mostrada en la figura, está localizada sobre la pared vertical de un tanque que contiene agua. Determine a) la magnitud de la fuerza que ejerce el fluido sobre la parte rectangular de la compuerta b) la magnitud de la fuerza que ejerce el fluido sobre la parte semicircular de la compuerta c) el momento sobre la compuerta semicircular con respecto al eje de giro (shaft) R/ a) 1060 kN b) 1010 kN c) 1.37x10-6 Nm

24. Calcular el valor del contrapeso para que el aliviadero automático de la figura esté en equilibrio. El ángulo OAB es 90º. OA mide 150 cm, y OB mide 180 cm. La hoja OA pesa 31 Kg, y la OB 3,61 Kg. La anchura de la compuerta es 4 m.

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25. Determinar la fuerza que debe realizar la barra BD, teniendo en cuenta que la compuerta de la figura (ABC) tiene 3 m de anchura, y que puede girar libremente en C (despreciar el peso de la compuerta).

26. Una compuerta de forma triangular, está situada en el lado vertical de un depósito abierto. La compuerta está articulada con respecto al eje horizontal AB. La fuerza del agua sobre la compuerta crea un momento con respecto al eje AB. Determine la magnitud de este momento

27. Determine la magnitud de la fuerza que actúa en uno de los lados del triángulo vertical ABC de la figura. Encontrar el momento alrededor de AB de la fuerza que actúa en uno de los lados de la superficie vertical ABC de la figura

28. Un tanque abierto tiene una división sobre una de sus paredes, para separar gasolina con DR= 0.7 y agua, tal como se muestra en la figura. Qué altura debe tener el lado del agua para garantizar que la compuerta no se abra? El ancho del tanque es de 2m R/ 3.55m

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29. Calcular el momento con respecto a O de la fuerza resultante ejercida por el agua sobre este medio cilindro que mide 3 m de largo.

31. Tomando como base la figura adjunta, se pide: Momento a aplicar a 0 para conseguir que la compuerta OA permanezca cerrada en posición de equilibrio. Dato: Anchura normal al dibujo = 1,80 m.

30. La compuerta AB de la figura tiene 120 m de ancho y está articulada en A. La lectura de vacío manométrica en G es de 14715 Pa y el aceite que ocupa el depósito de la derecha tiene una densidad relativa de 0.75. ¿Qué fuerza horizontal debe aplicarse en B para que la compuerta AB se mantenga en equilibrio?

32. Se construirá un túnel semicircular de 30 ft de diámetro debajo de un lago de 150 ft de profundidad y 800 ft de largo, como se muestra en la figura. Determine la fuerza hidrostática total que actúa sobre el techo del túnel.

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33. El cilindro de la figura tiene anchura de 1 m. El líquido que se encuentra a su izquierda es agua. Calcular las fuerzas hidrostáticas que se ejercen sobre el cilindro y el momento creado en el centro del mismo por dichas fuerzas.

34. Para la figura, (a) Determine la componente horizontal de la fuerza que actúa sobre la compuerta radial y su línea de acción. (b)Determine la componente vertical de la fuerza y su línea de acción (c) cuál es la fuerza F requerida para abrir la compuerta, despreciando su peso? (d) cuál es el momento con respecto al punto O?R/(a) 156.9 kN, 4.083m, 1.083m; (b) 179.3 kN, 0.948m; (c) 0

35. Calcule la magnitud de la componente horizontal de la fuerza, y la componente vertical de la fuerza ejercida por el fluido sobre la superficie. Después calcule la magnitud de la fuerza resultante y su dirección para cada una de las compuertas de sección de ¼ de circunferencia que se muestran en la figura. La superficie tiene 1.50 m de largo. R/ FR =80.7 kN Fv = 54 kN FH = 60 kN.

36. La compuerta de la figura tiene un radio de 1 m y una longitud de 3 m perpendicular al dibujo. Calcular el momento sobre la compuerta en las dos posiciones de la figura.

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UNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA – FACULTAD INGENIERÍAS TALLER FINAL MECÁNICA DE FLUIDOS – INGENIERÍA CIVIL 39. Considere un bloque cúbico grande de hielo que flota en el mar, figura. Las gravedades especificas del hielo y el agua de mar son 0.92 y 1.025, respectivamente. Si una parte de 10 cm de alto del bloque de hielo se extiende por encima de la superficie del agua, determine la altura del bloque de hielo por debajo de la superficie. R/ 87.6 cm

37. Un hidrómetro pesa 0.035 N y tiene un tronco de 6 mm de diámetro. Calcular la distancia entre las marcas de densidades relativas 1.0 y 1.1 38. La madera de la figura se mantiene en una posición horizontal mediante el ancla de concreto. La madera de 120 mm por 120 mm por 5 m tiene una densidad relativa de 0.6, mientras que la del concreto es de 2.5. ¿Cuál debería ser el peso total mínimo del concreto?

40. Se debe determinar el volumen y la densidad promedio de un cuerpo de forma irregular usando la balanza de resorte. El cuerpo pesa 7200 N en el aire y 4790 N en el agua. Determine el volumen y la densidad del cuerpo. 41. Se usa una grúa para bajar objetos pesados dentro de un lago, para un proyecto de construcción subacuática. Determine la tensión en el cable de la grúa debida a un bloque esférico de acero (densidad = 494 lb/ft3) de 3 ft de diámetro cuando está a) suspendido en el aire y b) sumergido por completo en el agua. 42. Debe determinarse la densidad de un líquido mediante un hidrómetro viejo cilíndrico de 1 cm de diámetro cuyas marcas de división están borradas por completo. Primero, se deja caer el hidrómetro en agua y se marca el nivel correspondiente a ésta. Después se deja caer en el otro líquido y se observa que la marca para el agua ha ascendido 0.5 cm por arriba de la interfaz líquido-aire. Si la

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UNIVERSIDAD LIBRE SECCIONAL PEREIRA – FACULTAD INGENIERÍAS TALLER FINAL MECÁNICA DE FLUIDOS – INGENIERÍA CIVIL altura de la marca para agua es de 10 cm, determine la densidad del líquido. Figura . R/ ρ=1053 kg/m3

43. Un cubo de 2 pies de arista tiene su mitad inferior con S=1.4 y la mitad superior son S=0.6. Se sumerge en un fluido de dos capas, la inferior con S=1.2 y la superior con S=0.9. Determine la altura de la parte superior del cubo arriba de la interfase. 44. Se deben determinar el volumen y la densidad promedio de un cuerpo de forma irregular usando una balanza de resorte. El cuerpo pesa 7200 N en el aire y 4790 N en el agua. Determine el volumen y la densidad del cuerpo. Exprese sus suposiciones.

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