PROBLEMAS DE MECANICA DE FLUIDOS EN MATLAB 1.
Por una tubería de 10 cm de diámetro interno fluye agua a una ve1ocidad de 5 m/s a 20°C. Determine si el flujo es laminar o turbulento. Datos: Viscosidad del agua a 20°C = 1.005cps. Densidad del agua a 20°C = 998.2kg/m3
clear all clc disp('Ejercicio01: disp('Ejercicio01: Por una tubería de 10cm de diámetro interno fluye agua a 5m/s a 20°C.'); 20°C.'); disp('Determine disp('Determine si el flujo es laminar o turbulento.'); turbulento.'); disp('Datos:' disp('Datos:'); ); disp('disp('- Viscosidad del agua a 20°C = 1.005cps.'); 1.005cps.'); disp('disp('- Densidad del agua a 20°C = 998.2 kg/m3'); kg/m3'); disp(' disp(' '); '); d=input('Ingrese d=input('Ingrese diámetro interno en cm: '); '); v=input('Ingrese v=input('Ingrese la velocidad en m/s: '); '); d=d/100; %Diámetro en metros vis=1.005/1000; %Viscosidad del fluido en Kg/ms D=998.2; NRe=d*v*D/vis; %Fórmula para determinar el Número de Reynolds disp(' disp(' '); '); fprintf('El fprintf('El Número de Reynolds es:%10.2f\n',NRe); es:%10.2f\n',NRe); if NRe<2100 disp('Entonces disp('Entonces el flujo es laminar'); laminar'); elseif NRe>10000 disp('Entonces disp('Entonces el flujo es turbulento'); turbulento'); else disp('Está disp('Está en zona de transición'); transición'); end disp(' disp(' '); ');
2.
¿Cuál será la caída de presión en 100 m de longitud de una tubería horizontal de 10 cm de diámetro interno que transporta petróleo crudo a una velocidad de 0.75 m / s? Datos: 2 Viscosidad cinemática = 26 cm / s. s. Densidad = 0.891 kg/l
clear all clc disp('Ejercicio02: ¿Cuál será la caída de presión en 100 m de longitud de una tubería'); disp('de 10 cm de diámetro interno que transporta petróleo crudo a una velocidad de 0.75 m/s?'); disp('Datos:'); disp('- Viscosidad cinemática = 26 cm2/s.'); disp('- Densidad = 0.891 kg/l'); disp(' '); L=input('Ingrese la longitud de la tubería en m: '); d=input('Ingrese diámetro interno en cm: '); v=input('Ingrese la velocidad en m/s: '); d=d/100; %Diámetro en metros D=0.891*1000; %Densidad en Kg/m3 visCin=26*(1/100^2); %Viscosidad cinemática en m2/s NRe=d*v/visCin; %Fórmula para determinar el Número de Reynolds vis=visCin*D; %Viscosidad del fluido en kg/ms R=d/2; %Radio en metros disp(' '); fprintf('El Número de Reynolds es:%8.2f\n',NRe); if NRe<2100 disp('Es flujo laminar'); cp=8*L*vis*v/R^2; %Caída de presión en N/m2 cp=cp*(1/(9.81*100^2)); %Caída de presión en kgf/cm2 fprintf('La caída de presión en kgf/cm2 es:%8.4f\n',cp); elseif NRe>10000 disp('El flujo es turbulento por tanto no se puede aplicar la ecuación'); disp('de pouseuille para determinar la caída de presión'); else disp('Está en zona de transición por tanto no se puede aplicar la ecuación'); disp('de pouseuille para determinar la caída de presión'); end disp(' ');
3.
Un objeto pesa 54 kg en el aire y 24 kg cuando está sumergido en agua. Calcule el volumen y la densidad relativa de dicho objeto.
clear all clc disp('Ejercicio03: Un objeto pesa 54 kg en el aire y 24 kg cuando está sumergido en agua.'); disp('Calcule el volumen y la densidad relativa de dicho objeto.'); disp('Dato:'); disp('- Peso específico del agua = 1kgf/L.'); disp(' '); P=input('Ingrese el peso del objeto en el aire en kgf: '); Pagua=input('Ingrese el peso del objeto en el agua en kgf: '); disp(' '); e=P-Pagua; %e = empuje en kgf; Pagua = Peso del objeto en agua Pea=1; %Peso específico del agua en kgf/L v=e/Pea; %Pea (Peso específico del agua en kgf/L) m=P; %En la tierra una masa de xkg pesa xkgf (Asumiendo que g: 9.81 m/s^2) D=m/v; %Formula de la densidad disp(' '); fprintf('El volumen en L es:%8.2f\n',v); fprintf('La densidad en kg/L es:%8.2f\n',D); disp(' ');
4.
Un manómetro metálico tipo Bourdon se utiliza para medir la presión de un recipiente indicando 5 kg/cm2. Si la presión atmosfér ica es de 710 mm de Hg, ¿cuál será la presión absoluta que reina en el interior del recipiente?
clear all clc disp('Ejercicio04: Un manómetro metálico tipo Bourdon se utiliza para medir'); disp('la presión de un recipiente indicando 5 kg/cm2. Si la presión atmosférica es de 710 mm de Hg,'); disp('¿cuál será la presión absoluta que reina en el interior del recipiente?') disp(' '); Pman=input('Ingrese la presión del recipiente en kgf/cm2: '); Patm=input('Ingrese la presion atmosférica en mm de Hg: '); Patm=Patm*(1.033/760); %Presión atmosférica en kgf/cm2 Pabs=Pman+Patm; disp(' '); fprintf('La presión absoluta en kgf/cm2 es:%10.4f\n',Pabs); disp(' ');
5.
A través de una tubería de 20 cm de diámetro interno circula un gas con una presión manométrica de 2 kg/cm2 y una temperatura de 40°C. Si la presión barométrica es de 1.03 kg/cm 2 y la velocidad a que circula el gas es de 5.0 m/s, ¿cuál es el gasto másico y el caudal? El peso molecular del gas es de 29.
clear all clc disp('Ejercicio05: A través de una tubería de 20 cm de diámetro interno circula un gas con una presión manométrica de'); disp('2 kg/cm2 y una temperatura de 40°C. Si la presión barométrica es de 1.03 kg/cm2 y la velocidad a que'); disp('circula el gas es de 5.0 m/s, ¿cuál es el gasto másico y el caudal? El peso molecular del gas es de 29.') disp(' '); d=input('Ingrese el diámetro interno del a tubería en cm: '); Pman=input('Ingrese la presión manométrica en kgf: '); T=input('Ingrese la temperatura en °C: '); Pbar=input('Ingrese la presión barométrica en kgf: '); v=input('Ingrese la velocidad del gas en m/s: '); d=d/100; %Diámetro en metros PM=29; %Peso molecular en kg/kgmol Pabs=Pman+Pbar; R=0.082; %Constante de los gases en m3-atm/Kgmol°K T=T+273; %Temperatura en °K
D=(Pabs*PM)/(R*T); %Densidad en kg/m3 M=v*D*(pi*d^2/4); %Gasto másico en Kg/s Ca=M/D; %Caudal en m3/s disp(' '); fprintf('El gasto másico en Kg/s es:%8.4f\n',M); fprintf('El caudal en m3/s es:%8.4f\n',Ca); disp(' ');
6.
En un compresor entra aire a l atm con un volumen específico de 0.125 m3/kg, y sale a 7 atm con un volumen específico de 0.0313 m3/kg. ¿Cuánto calor se transf iere si ΔU = 10 kcal/kg y P/M= 18 kcal/kg?
clear all clc disp('Ejercicio06: En un compresor entra aire a l atm con un volumen específico de 0.125 m3/kg, y sale a 7 atm con un'); disp('volumen específico de 0.0313 m3/kg. ¿Cuánto calor se transfiere si ?U = 10 kcal/kg y P/M= 18 kcal/kg?'); disp(' '); p1=input('Ingrese la presión con la que entra al compresor en atm: '); ve1=input('Ingrese el volumen específico del aire que entra al compresor en m3/kg: '); p2=input('Ingrese la presión con la que sale del compresor en atm: '); ve2=input('Ingrese el volumen específico del aire que sale del compresor en m3/kg: '); DeltaU=10; %Variación total de la energía interna en kcal/kg PM=18; %Trabajo mecánico por kg de masa DeltaEpe=p2*ve2; %Variación de energía de presión DeltaEpe=DeltaEpe*10333/426.9; %Variación de energía de presión en kcal/kg Q=DeltaU+DeltaEpe+PM; %Calor transferido en kcal/kg disp(' '); fprintf('El calor transferido en kcal/kg es:%8.4f\n',Q); disp(' ');
7.
Una bomba está diseñada para moverse a 600 RPM operando a máxima eficiencia cuando manda 1135.5 m3 /h con una cabeza de 20 m. Calcule la velocidad específica.
clear all clc disp('Ejercicio07: Una bomba está diseñada para moverse a 600 RPM operando a máxima eficiencia'); disp('cuando manda 1135.5 m3/h con una cabeza de 20 m. Calcule la velocidad específica.'); disp(' '); N=input('Ingrese la velocidad en RPM: '); Ca=input('Ingrese el caudal en m3/h: '); H=input('Ingrese la altura en m: '); Ca=Ca/3600; %Caudal en m3/s Ns=3.65*N*Ca^0.5/H^0.75; %Velocidad específica disp(' '); fprintf('La velocidad específica es:%8.4f\n',Ns); disp(' ');
8.
Determine el tipo de régimen de flujo que existe en el espacio anular de un cambiador de calor de doble tubo. El diámetro externo del tubo inte r ior es de 27 mm y el diámetro interno del tubo exterior es de 53 mm. El gasto másico de líquido es de 3730 kg/h, la densidad del líquido es de 1 150 kg /m3 y su viscosidad de 1.2 cp.
clear all clc disp('Ejercicio08: Determine el tipo de régimen de flujo que existe en el espacio'); disp('anular de un cambiador de calor de doble tubo. El diámetro externo del tubo interior es de'); disp('27 mm y el diámetro interno del tubo exterior es de 53 mm. El gasto másico de líquido es de');
disp('3730 kg/h, la densidad del líquido es de 1 150 kg/m3 y su viscosidad de 1.2 cp.'); disp(' '); de=input('Ingrese el diámetro externo del tubo interior en mm: '); di=input('Ingrese el diámetro interno del tubo interior en mm: '); M=input('Ingrese el gasto másico del líquido en kg/h: '); D=0.891*1000; %Densidad en Kg/m3 vis=1.2*10^-3; %Viscosidad del fluido en kg/ms de=de/1000; %Diámetro en metros di=di/1000; %Diámetro en metros M=M/3600; %Gasto másico en kg/s v=M*4/(D*(di^2-de^2)*pi); %Fórmula para determinar la velocidad De=di-de; %Diámetro equivalente NRe=De*v*D/vis; %Fórmula para determinar el Número de Reynolds disp(' '); fprintf('El Número de Reynolds es:%8.2f\n',NRe); if NRe<2100 disp('El régimen es laminar'); elseif NRe>10000 disp('El régimen es turbulento'); else disp('Está en zona de transición'); end disp(' ');
9.
Por un orificio situado en la pared de un tanque fluye agua. El orificio es de 10 cm de diámetro y está situado a 3 m por debajo de la superficie del agua y a 3 m por arriba del piso. ¿Cuál es el caudal que sale del tanque? ¿A qué distancia de la pared del tanque caerá el chorro de agua?
clear all clc disp('Ejercicio09: Por un orificio situado en la pared de un tanque fluye agua. El orificio es de 10 cm de diámetro y está'); disp('situado a 3 m por debajo de la superficie del agua y a 3 m por arriba del piso. ¿Cuál es el caudal que sale'); disp('del tanque? ¿A qué distancia de la pared del tanque caerá el chorro de agua?'); disp(' ');
d=input('Ingrese el diámetro del orificio en cm: '); y=input('Ingrese la altura por debajo de la superficie del agua en m: '); h=input('Ingrese la altura por arriba del piso en m: '); d=d/100; %diámetro en metros Pe=1000; %Peso específico del agua en kg/m3 DeltaP=Pe*h; %Energía de presión en kgf/m2 C0=0.61; %Coeficiente de orificio gc=9.81; %Gravedad específica en kgm/s2kgf D=1000; %Densidad en kg/m3 A0=d^2*pi/4; %Area del orificio Ca=C0*A0*(2*gc*DeltaP/D)^0.5; %Caudal en m3/s Ca=Ca*1000; %Caudal en L/s Cv=0.985; %Coeficiente de reducción de velocidad g=9.81; %Aceleración de la gravedad en m/s2 DeltaZ=3; %Energía potencial en m v=Cv*(2*g*DeltaZ)^0.5; %velocidad x=v*(2*y/g)^0.5; %Distancia disp(' '); fprintf('El caudal en L/s es:%8.4f\n',Ca); fprintf('El chorro llega (en metros) a:%8.4f\n',x); disp(' ');
10. Se utiliza un tubo capilar para medir el flujo de un líquido cuya densidad es de 0.875 kg/l y con viscosidad de 1.13 cps. El capilar tiene un diámetro interno de 2 mm y una longitud de 0.5 m. Si la caída de presión a través del capilar es de 100 kg/m2 ¿cuál es el caudal que pasa por el medidor?
clear all clc disp('Ejercicio10: Se utiliza un tubo capilar para medir el flujo de un líquido cuya densidad es de 0.875 kg/l y con viscosidad'); disp('de 1.13 cps. El capilar tiene un diámetro interno de 2 mm y una longitud de 0.5 m. Si la caída de presión a'); disp('través del capilar es de 100 kg/m2 ¿cuál es el caudal que pasa por el medidor?'); disp(' '); d=input('Ingrese diámetro interno en mm: '); L=input('Ingrese la longitud de la tubería en m: '); DeltaP=input('Ingrese la caída de presin en kg/m2: '); d=d/1000; %Diámetro en metros D=0.875*1000; %Densidad en Kg/m3 vis=1.13/1000; %Viscosidad del fluido en kg/ms gc=9.81; %Gravedad específica en kgm/s2kgf
v=DeltaP*d^2*gc/(32*vis*L); %Velocidad en m/s NRe=d*v*D/vis; %Fórmula para determinar el Número de Reynolds A=d^2*pi/4; %Area en m2 Ca=v*A; %Caudal en m3/s Ca=Ca*3600*1000; %Caudal en L/h disp(' '); fprintf('El Número de Reynolds es:%8.2f\n',NRe); if NRe<2100 disp('Es flujo laminar'); fprintf('El flujo en L/h es:%8.4f\n',Ca); elseif NRe>10000 disp('El flujo es turbulento por tanto no se puede aplicar la ecuación'); disp('de pouseuille para determinar la caída de presión'); else disp('Está en zona de transición por tanto no se puede aplicar la ecuación'); disp('de pouseuille para determinar la caída de presión'); end disp(' ');
