MECÁNICA DE FLUIDOS - Tema: Ecuación de energía, secciones transversales no circulares Sandra Rozo Quintero 1. A través de la criba en el tubo que se muestra en la figura 1, fluye agua según según se indica. Determine el coeficiente coeficiente de pérdida para 2. 3. 4.
5.
la criba R/0.177 -4 2 Petróleo de DR=0.87 y viscosidad cinemática de 2.2 x 10 m /s circula por la tubería vertical que se muestra en la figura 2 a razón -4 3 de 4 x 10 m /s. Determine la lectura del manómetro, manómetro, h. R/ 18.5 m Determine la lectura del manómetro, h, para el problema anterior si el flujo es hacia arriba y no hacia abajo R/ -18.5 m Por una válvula de 0.5 pulg de diámetro, pasan 200 galones galones por semana de agua. Si la presión del agua justo antes antes de pasar por la válvula es de 50 psi, y después del paso por la válvula, el agua descarga a la atmósfera, determinar el valor del coeficiente de 6 pérdida para la válvula. R/ 7 x 10 Para ahorrar energía, en la regadera que se muestra en la figura 3 se instala un “reductor de flujo”. flujo”. Si la presión en el punto punto 1 permanece constante y se ignoran todas las pérdidas, pérdida s, excepto las que hay en el “reductor de flujo”, determinar el valor del coeficiente de pérdida del “reductor de velocidad2 si su presencia es para reducir el caudal por un factor de 2 . R/ 9
Figura 1
Figura 3
Figura 2
6.
En la figura 4 se ilustra un sistema en el que circula alcohol metílico a 77°F (sg=0.789 =1.17 x 10-5 lb-s/pie2) por el exterior de los dos tubos, en tanto que por el interior de éstos éstos fluye alcohol etílico a 0°F (sg 0.79 = 5 x 10-5 lb-s/pie2). Calcule: -3 3 a) El máximo máximo flujo volumétrico volumétrico permitido permitido para que el alcohol metílico metílico circule circule en flujo laminar R/ 2,9 x 10 pie /s -3 b) La pérdida de carga para una longitud de de 80 cm, con con los datos hallados hallados en el punto punto a) R/1,35 x 10 psi
7.
En la figura 5 se ilustra un sistema en el que circula alcohol metílico a 77°F (sg=0.789 =1.53 slugs/pie =1.17 x 10 lb-s/pie ) -5 2 por el exterior de los tres tubos, en tanto que por el interior de éstos fluye alcohol etílico etílico a 0°F ( sg 0.79 = 5 x 10 lb-s/pie . 4 Calcule el flujo volumétrico que se requiere para cada fluido con el fin de producir un número de Reynolds de 3.5 x 10 en todas las partes del sistema. Después, para la coraza, calcule la diferencia de presión entre dos puntos separados por 10.5 pies, si el sistema está en posición horizontal. horizontal. Todas las superficies son de cobre. Nota: tubo de cobre de ½” de diámetro nomi nal, tipo K, 3 3 D.Ext = 0.625” D.Int = 0.527” R// Q tubos =0.118 ft /s Qcoraza =0.0727 ft /s pcoraza =0.851 psi
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Figura 4
Figura 5
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2
8.
Si la presión manométrica a la salida de la bomba de la figura 6 es de 250 kPa y la presión manométrica deseada en B es de 120 kPa. ¿Cuál es el mayor ángulo permitido para estas condiciones y para V=1m/s? El fluido es agua a una temperatura de 20°C. Si la entrada a la bomba tiene una presión manométrica de 100 kPa y una tubería con el mismo diámetro, ¿Cuál es la potencia inducida por la bomba? R/0.9° 9. Aire con un peso específico de 12.5 N/m 3 y una viscosidad dinámica de 2.0 x 10 -5 Pa s, fluye a través de la parte sombreada del 3 ducto de la figura 7, con rapidez de 150 m /h. Calcule la caída de presión para 30 cm de longitud.
Figura 6
Figura 7
10. De un lago se bombea agua a 40°F como se muestra en la figura 8 ¿Cuál es el máximo caudal posible sin que ocurra cavitación? 3
R/ 0.71 pie /s 11. Para el montaje de la figura 9, determine la eficiencia mecánica de la bomba si la entrada de potencia es de 3.85 hp cuando se encuentra bombeando 500 GPM de aceite (ɣ= 56 lb/pie3) R/ 77%
Figura 8 Figura 9 12. Por los serpentines del intercambiador de calor que se muestra en la figura 10 circula agua a 40°F en un régimen de 0.9 GPM. Determine la caída de presión entre la entrada y la salida del dispositivo. R/0,3 psi
13. Se bombea agua de enfriamiento desde un depósito hasta las barredoras de roca en una obra de construcción, empleando el sistema de tubería que se muestra en la figura 11. El flujo debe ser 600 GPM y el agua debe abandonar la tobera de rociado a 120 pies/s. Calcule la presión de alimentación mínima necesaria en la salida de la bomba. Estime la entrada de potencia requerida si la eficiencia de la bomba es de 70 por ciento.
Figura 10 Figura 11
14. Agua es movida desde un tanque cerrado con presión igual a 20 psi hasta un tanque abierto, por medio de una tubería lisa de 3
2000 pies. Si el caudal es de 3 pies /s y la diferencia entre niveles libres de líquido es de 150 pies, determine el diámetro requerido para el sistema. Ignore las pérdidas menores. R/0.5 pies 15. Una prensa hidráulica es accionada por medio de una bomba de alta presión distante de ella. La presión manométrica a la salida de la bomba es de 20 MPa, mientras la presión requerida en la prensa es de 19 MPa (manométricos), a un caudal de 0,032 m3/min. La prensa y la bomba están conectados por medio de 50 m de tubería lisa de acero estirado. El fluido es aceite SAE 10W a 40°C. Determine el mínimo diámetro que puede ser usado R/ 14mm 16. Se encuentra fluyendo queroseno a 25 °C en el sistema que se muestra en la figura 12. La longitud de la tubería de cobre tipo K de 2 pulgadas es de 30 m. Las dos vueltas a 90° tienen un radio de 300 mm. Calcule la velocidad de flujo de volumen en el tanque B si la presión de 150 kPa se mantiene sobre el queroseno en el tanque A 17. ¿Qué presión P1 se necesita para hacer circular 100 L/s de agua hacia el aparato de la figura 13, con una presión atmosférica de P2=40 kPa? La tubería es de acero comercial 6” SHD 40 R/ 2.6 kPa
Figura 13 Figura 12 18. Agua fluye a 3,5 pie /s en una tubería horizontal de aluminio. La presión a la entrada es de 65 psig y en la salida es de 30 psig. Si la longitud de la tubería es de 500 pies, ¿Cuál es el diámetro? 19. ¿cuál es el caudal que circula a través del sistema que se muestra en la figura 14 ? La tubería es de acero comercial de 6” SHD 40. R/ 3,24 pie3/s 20. La rapidez de flujo de volumen que pasa por la bomba que se muestra en la figura 15 es de 840LPM. El fluido que se está bombeando es aceite cuya gravedad específica es de 0,86. Calcule la potencia entregada por la bomba al fluido. La bomba trabaja al 77% de eficiencia y la diferencia de altura de los manómetros es de 30 cm. R/ 38,7 m 4,57 kW 3
Figura 15
Figura 14
