TRABAJO N-1 INGENIERIA MECANICA
MECANICA DE FLUID F LUIDOS OS
PROFESORA: ING. OLENA NAIDIUK
NOMBRES: HUGO MERCHAN EDGAR UZHCA
T RABAJO RABAJO N-1 Banco de preguntas preguntas del d el Capítulo Capítulo 1 clasificación de fluidos Introducción, clasificación 1-1C Defina flujos interno, externo y en canal abierto Flujo externo.- El externo.- El flujo de un fluido flui do no limitado sobre una superficie, como una placa, un alambre o un tubo.ejm. Flujo de aire sobre una pelota o sobre un tubo expuesto durante un día de viento constante Flujo interno.- El flujo en un tubo o ducto ejm. El flujo de agua en un tubo Flujo en canal abierto.- El flujo de líquidos en un ducto se conoce como flujo en canal abierto si ese ducto sólo está lleno en forma parcial con el líquido y se tiene una superficie libre. Los flujos de agua en los ríos y zanjas de irrigación.
1-2C Defina flujo incomprensible y fluido incompresible. ¿El flujo de masa de un fluido compresible de necesidad debe tratarse tratarse como compresible?. La incompresibilidad es una aproximación y se dice que el flujo es incompresible si la densidad permanece aproximadamente constante a lo largo de todo el flujo.
1-4C ¿Qué es flujo forzado? ¿En que difiere del flujo natural? ¿El flujo causado por los vientos es forzado o natural? Flujo forzado. forzado . Un fluido se obliga a fluir sobre una superficie o en un tubo por medio de medios externos, como una bomba o un ventilador. En cambio en los los flujos naturales, cualquier naturales, cualquier movimiento del fluido se debe a medios naturales, como el efecto de flotación, el cual se manifiesta como la elevación del fluido más caliente (y por consiguiente, consiguiente, más ligero) ligero) y la caída caída del fluido m ás frío frío (y por tanto, el el más m ás denso) denso) El flujo causado c ausado por por los vientos es flujo natural
1-5C ¿Qué es una una capa límite? límite? ¿Qué causa causa el desarrollo de una una capa límite? límite?
Viscosidad
1. ¿Qué es viscosidad? ¿Cuál es la causa de su presencia en los líquidos y en los gases? ¿Tienen los líquidos líquidos una una viscosida viscos idad d dinámica más elevada elevada o los gases? La viscosidad es aquella propiedad del fluido mediante la cual éste ofrece resistencia al esfuerzo cortante. La cohesión parece ser la causa predominante de la viscosidad en un líquido, en cambio en los gases la mayoría de su resistencia al esfuerzo cortante es el resultado de la transferencia de momentum molecular.
2. ¿Qué es fluido fluido newtoniano? newtoniano? ¿ Es agua agua un un fluido fluido newtoniano? newtoniano? Los fluidos para los cuales la razón de deformación es proporcional al esfuerzo cortante se llaman fluidos fluidos newtonianos newtonianos El agua si es un fluido newtoniano new toniano
3. Considere dos pequeñas pequeñas bolas de vidrio idén i dénticas ticas que que se dejan caer en dos recipientes idénticos, uno lleno con agua y el otro con aceite. ¿Cuál de las dos bolas llegará primero al fondo del recipiente? ¿Por qué? Llegará primero la bola que se deje caer en la botella llena de agua porque el agua tiene menos resistencia a la fluidez que la del aceite, o lo que es lo mismo la viscosidad del agua es menor que la del aceite
4. ¿Cómo ¿Có mo varía varía la visco viscosida sidad d dinámica de a) los líquidos líquidos y b) los gases con la la temperatura.
5. Seleccione Selecci one el complemento incorrecto. Las fuerzas fuerzas cortantes aparentes a) No pueden pueden ocurrir cuando cuando el e l fluido fluido está en reposo; b) Pueden ocurrir debido a la cohesió cohesión n cuando cuando el lílíquido se encuentr encuentra a en reposo; c) Depende Depe nde del intercambio intercambio molecular molecular de momentu momentum; m; d) Depende Depe nde de las las fuerz fuerzas as cohesivas; e) Nunca Nunca puede p uede ocurrir ocurrir en un un fluido fluido sin si n fricción, fricci ón, independientemente de su movimiento. 6. Las unida unidades des correctas para la viscosidad viscosid ad dinámica son: a) m·s/kg ; b) N·m/s2 ; c) kg·s/N ; d) kg/m·s ; e) N·s/m . 7. La viscosidad viscosid ad expresada en poises, se convierte convierte en unida unidades des USC de viscosidad viscosid ad multiplicando por: a) 1/479 ; b) 479 ; c) ρ ; d) 1/ ρ ; e) ningun ninguna a de estas respuestas. 8. La viscosidad viscosid ad dinámica del querosene querosene a 20 oC, en newtonnewton-segun segundo do por metro cuadrado cuadrado es: a) 4·10-5 ; b) 4·10-4 ; c) 1.93·10-3 ; d) 1.93·10-2 ; e) 1.8·10-2 . 9. La viscosidad viscosidad cinemática cinemática para aire seco a 30 oC y 760 mm de mercurio (Hg), en metros cuadrados por segundo, es: a) 1.7·10-5 ; b) 1.7·10-4 ; c) 1.73·10-6 ; d) 1.92·10-5 ; e) ningun ninguna a de estas respuestas. 10. Para μ= μ=0.06 0.06 kg/m·s y una densidad relativa de 0.6, ν en stokes es: a) 2.78 ; b) 1 c) 0.60 ; d) 0.36 ; e) ningun ninguna a de estas respuestas.
11. Para μ=2.0·10-4 slug/pie·s, el valor de μ en libras-segun libras-segundo do por pie cuadrado es: -4 a) 1.03·10 ; b) 2.0·10-4 ; c) 6.21·10-4 ; d) 6.44·10-3 ; e) ningun ninguna a de estas respuestas. 12. Para ν=3·10-8 m2/s y ρ=800kg/m3, μ es igual a: a) 3.75·10-11 b) 2.4·10-5 c) 2.4·105 d) 2.4·1012 e) ningun ninguna a de estas respuestas.
Dimensiones y unidades
1.7.1 Un gas perfecto (a) tiene viscosidad cero; (b) tiene viscosidad constante; (e) es incompresible; incompresi ble; (d) satisface sati sface pp = RT; RT; (e) no no cumple cumple ninguno ninguno de estos principios. principi os. 1.7.2 El peso molecular de un gas es 28. El valor de R en metros-newtons por kilogramo kelvin es (a) 29.7; (b) (b ) 297; (e) 2911; (d) 8312; 8312 ; (e) ninguna ninguna de estas respuestas. 1.7.3 1.7.3 La densidad del aire a l0°C y 1-Mpa absoluta (abs) (abs) en e n unidades unidades SI es (a) 1.231; 1.231; (b) 12.31; (e) 65.0: (d) 118.4; (e) ninguna ninguna de estas respuestas. 1.7 .4 ¿Cuántos kilogramos masa de gas monóx.ido de carbono a 20°C y 200-kPa abs están contenidos en un volumen de 100 L? (a) 0.00023; (b) 0.23; (e) 3.367; (d) 3367; (e) ninguna de estas respuestas. 1.7.5 Un recipiente contiene 1-kg de aire a 30°C y 9-MPa abs. Si se añaden 1.5-kg de aire y la temperatura fmal es ll0°C, la presión absoluta final es (a) 7.26 MPa; (b) 25.3 MPa; (e) 73.4 MPa; (d) indeterminable; (e) ningun ninguna a de estas respuestas.
Módulo de viscosidad volumétrico 1.8.1 El módulo de elasticidad elasticid ad volum volumétrico étrico K para un un gas a temperatura temperatura constante constante T0 está dado por (a) p/p; (b) RT0 ; (e) pp; (d) pRT0 ; (e) ninguna de estas respuestas. 1.8.2 El módulo de elasticidad volumétrica (a) es independiente de la temperatura; (b) se incrementa con la la presión; presi ón; (e) tiene dimensiones de 1/p; (d) es mayor cuando cuando el líquido líquido es más compresible; (e) es independiente de la presión y la viscosidad. 1.8.3 Para un incremen i ncremento to de 70 atm en la la presión, presi ón, la la densidad densida d del agua ha aumen aumentado tado en porcentaje, de aproximada aproximadament mente e (a) 11300; (b) 1/30; (e) 113; 113 ; (d) 112; (e) ningun ninguna a de estas respuestas. 1.8.4 Una presión pres ión de 1 MPa aplicada aplica da a 300 L de líquido líquido causa una una reducción re ducción en e n volu volumen men de 0.6 L. El módulo de elastici dad volu volumétrica métrica en GPa es (a) -0.5; (b) (b ) 0.5; (e) 50; (d) 500; (e) ningun ninguna a de estas respuestas.
Densidad y gravedad específica. específica. a) ¿ Qué Qué es e s la gravedad gravedad específ esp ecífica ica y cómo está relacionada con la densid densidad ad ?
Se define como la razón de la densidad de una sustancia a la densidad de alguna sustancia estándar, a una temperatura especificada (por lo general, agua a 4°C, para la cual ƿH2O=1000 kg/m 3). Está relacionada con la densidad porque, la densidad de una sustancia se da en relación con la densidad de una sustancia conocida plenamente plenamente =
b) ¿ En que que condiciones condicio nes la hipótes hipótesis is del gas perfecto es adecuado para gases reales ? c) ¿ Cuál es la diferencia entre R y Ru? ¿ Cómo C ómo están están relacionadas?
d) Un globo esférico con diámetro diá metro de 6 m se llena llena con helio helio a 20 oC y 200kPa. e) Determine Determi ne el número número de d e moles y la la masa del helio helio en el globo. 1.3.1 Un objeto tiene tie ne una una masa de d e 2 kg y pesa 19 N en una una balanza de resortes. El E l valor de la gravedad en este lugar. lugar. en metros por segundo segundo cuadrado, es (a) 0 .105; (b) 2 ; (e) (e) 9.5; 9.5 ; (d) 19; (e) ninguna ninguna de estas respuestas. 1.3.2 Una fuerza fuerza no balanceada balanceada de 10 N ejercida sobre una una masa de 2 kg produce una una aceleración aceleraci ón en m/s2 , de (a) 0.2; (b) 2.0; (e) 5.0; (d) 20.0; (e) ningun ninguna a de estas respuestas. 1.3.3 La fuerza fuerza de gravedad, gravedad, en newton newtons, s, de una una masa de d e 3 kg en un un planeta donde d onde g = 10 m/s2 es (a) 0.30; (b) 3.33; (e) 29.42; (d) 30; (e) (e) ninguna ninguna de estas respuestas. 1.3.4 Una presión de 10 9 Pa puede ser escrita como (a) gPa; (b) GPa; (c) kMPa; (d) µPa; (e) ninguna ninguna de estas respuestas.
Tensión
superficial y efecto de capilaridad
a) ¿Qué es tensión tensión superficial? superfici al? ¿Qué la causa? causa? ¿Por qué qué la tensión tensión superficial superficia l también tambié n recibe el nombre nombre de energía energía superficial? Las gotas de líquido se comportan como pequeños globos esféricos llenos con ese líquido y su superficie actúa como una membrana elástica estirada sometida a tensión. La fuerza de tracción que causa esta tensión actúa paralela a la superficie y se debe a las fuerzas de atracción entre las moléculas del líquido. La magnitud de esta fuerza por unidad de longitud se llama tensión superficial σs
b) Considere Conside re una una pompa de jabón. La presión presi ón dentro de la pompa ¿es más alta alta o más baja que la del exterior? c) ¿Qué es el efecto de capilaridad? capi laridad? ¿Qué lo lo causa? ¿Cómo lo afecta el ángulo ángulo de contacto? Es el ascenso asc enso o descenso desc enso de de un líquido líquido en un tubo de diámetro diám etro pequeño insertado ins ertado en un líquido. líquido. Lo causa los ángulos ángulos en la gráfica, y estos ángulos se dan gracias a las bajas viscos idades idades El ángulo de contacto afecta que si es como el de la figura a) (flujo que moja) este líquido podrá podrá subir por el tubo y en en cambio si es como el de la figura b) b) flujo que que no moja este fluido no podrá subir por el tubo
d) Se inserta un tubo de diámetro pequeño en un líquido cuyo ángulo de contacto es 110 o. El nivel del líquido en el tubo ¿ascenderá o descenderá? Explique. No va a ascender debido a que el ángulo de contacto ϕ es mayor a 900
e) El efecto de capilaridad ¿es mayor en los tubos de diámetro pequeño o en los de diámetro gran g rande? de? Si es mayor en los tubos de diámetro pequeño y en realidad, el ascenso por capilaridad en un tubo de diámetro grande sólo ocurre en el borde. El centro no asciende en lo absoluto. Por lo tanto, para los tubos de diámetro grande se puede ignorar el efecto de capilaridad. Presión
de vapor
1.9.1 La presión de vapor del agua a 30°C. en pascales, es (a) 0.44; (h) 7.18; (e) 223; (d) 4315; (e) ninguna ninguna de estas respuestas 2-11C ¿ Que es la presión de vapor? ¿ Cómo está relacionada con la presión de saturación? Las moléculas de vapor ejercen una presión parcial en la superficie, conocida como presión de vapor. Y la presión de saturación es igual a la presión de vapor
2-12 C ¿A presiones más elevadas el agua hierve a temp eraturas más altas? altas? Expl E xplique ique 2-13C Si se aumenta aumenta la presión de una una sustancia sustancia durante durante un proceso de ebullición¿ ebullición¿ La temperatura también aumentará o permanecerá constante? ¿Por qué? 2-14C ¿Que es cavitación? ¿y que la causa? burbujjas de cavitación cavitación debido a que forman “cavidades” en el Las burbujas de vapor (llamadas burbu líquido) se desintegran conforme son barridas hacia fuera de las regiones de baja presión, con lo que se s e generan generan ondas ondas de alta presión extremadamente extremadamente destructivas. Este fenómeno, que es causa común de caída en el rendimiento e inclusive de la erosión de las aspas del impulsor, se llama cavita c avitación ción
2-15 En un sistema de tuberí tuberías, as, la temperatura temperatura del agua permanece por debajo de 400 C. Determine la presión mínima admisible en el sistema para evitar la cavitación 2-16 El análisis de una hélice que opera en el agua a 20 0C muestra que la presión en las puntas puntas de la la misma cae hasta 2kPa en altas velocidades. velocida des. Determine Determi ne si existe peligro p eligro de cavitación.
