Se tiene petróleo con una densidad de 850 kg/m 3 y viscosidad cinemática de 0.00062 m 2/s que se descarga por medio de una tubería horizontal de 5 mm de diámetro y 40 m de longitud desde un tanque de almacenamiento abierto a la atmósfera. La altura del nivel del líquido sobre el centro de la tubería es de 3 m. Sin considerar las pérdidas menores, determine la razón de flujo del petróleo a través de la tubería. 8-30
Se tiene agua a 10°C (r 999.7 kg/m3 y m 1.307 x 103 kg/m · s) que fluye de manera estable en una tubería de 0.20 cm de diámetro y 15 m de largo a una velocidad promedio de 1.2 m/s. Determine: a) la caída de presión, b) la pérdida de carga y c) la necesidad de potencia de bombeo para superar esta caída de presión. 8-31
Se tiene agua a 15°C (r 999.1 kg/m3 y m 1.138 x 10 3 kg/m · s) que fluye a una razón de 8 L/s de manera estacionaria en una tubería horizontal de 30 m de l argo y 4 cm de diámetro fabricada de acero inoxidable. Determine: a) la caída de presión, b) la pérdida de carga y c) la potencia de bombeo necesaria para superar esta caída de presión. 8-32
En flujo laminar totalmente desarrollado en una tubería circular, la velocidad en R/2 (mitad del camino entre la superficie de la pared y la línea central) se mide en 6 m/s. Determine la velocidad en el centro de la tubería. 8-34
El perfil de velocidad en flujo laminar totalmente desarrollado en una tubería circular de radio interior R 2 cm, en m/s, está dado por u(r ) 4(1 r 2/ R2). Determine las velocidades promedio y máxima en la tubería y el flujo volumétrico. 8-35
8-36
Repita el problema 8-35 pero con una tubería de 7 cm de radio interior.
Considere un colector solar de aire que tiene 1 m de ancho y 5 m de largo y un espaciamiento constante de 3 cm entre la cubierta de vidrio y la placa del colector. El aire fluye a una temperatura promedio de 45°C a una razón de 0.15 m 3/s a través del lado de 1 m de ancho del colector a lo largo del pasaje de 5 m de largo. Sin considerar los efectos de entrada y rugosidad, determine la caída de presión en el colector. 8-37
Considere el flujo de petróleo con r 894 kg/m3 y m 2.33 kg/m · s en un oleoducto de 40 cm de diámetro a una velocidad promedio de 0.5 m/s. Una sección de 300 m de largo del oleoducto pasa a través de las aguas congeladas de un lago. Sin considerar los efectos de entrada, determine la potencia de bombeo requerida para superar las pérdidas de presión y para mantener el flujo de petróleo en la tubería. 8-38
Considere flujo laminar de un fluido a través de un canal cuadrado con superficies lisas. Ahora, la velocidad promedio del fluido se duplica. Determine el cambio en la pérdida de carga del fluido. Suponga que el régimen de flujo permanece invariabl e. 8-39
Repita el problema 8-39 para flujo turbulento en tuberías lisas para las que el factor de fricción está dado como f 0.184Re0.2. ¿Cuál sería su respuesta para flujo totalmente turbulento en una tubería rugosa? 8-40
Se tiene aire que entra a una sección de 7 m de largo de un ducto rectangular de 15 cm 20 cm de sección transversal fabricado de acero comercial a 1 atm y 35°C a una velocidad promedio de 7 m/s. Sin considerar los efectos de entrada, determine la potencia de ventilador necesaria para superar las pérdidas de presión en esta sección del ducto. 8-41
Se tiene agua a 60°F que pasa a través de tubos de cobre con 0.75 in de diámetro interno a una razón de 1.2 lbm/s. Determine la potencia de bombeo por ft de longitud de tubería que se necesita para mantener este flujo a la razón especificada. 8-42I
Se tiene petróleo con r 876 kg/m3 y m 0.24 kg/m · s que fluye a través de una tubería de 1.5 cm de diámetro que descarga en la atmósfera a 88 kPa. La presión absoluta 15 m antes de la salida se mide en 135 kPa. Determine la razón de flujo del petróleo a través de la tubería si la tubería está: a) horizontal, b) inclinada 8° hacia arriba desde la horizontal y c) inclinada 8° hacia abajo desde la horizontal 8-43
Se tiene glicerina a 40°C con r 1 252 kg/m3 y m 0.27 kg/m · s que fluye a través de una tubería de 2 cm de diámetro y 25 m de largo que descarga en la atmósfera a 100 kPa. La razón de flujo a través de la tubería es de 0.035 L/s. a) Determine la presión absoluta 25 m antes de la salida de la tubería. b) ¿A qué ángulo u se debe inclinar la tubería hacia arriba de la horizontal para que la presión en toda la tubería sea la presión atmosférica y la razón de flujo se mantenga igual? 8-44
En un sistema de calefacción de aire, el aire caliente a 40°C y 105 kPa de presión absoluta se distribuye a través de un ducto rectangular de 0.2 m x 0.3 m fabricado de acero comercial, a una razón de 0.5 m 3/s. Determine la caída de presión y la pérdida de carga a través de una sección de 40 m de largo del ducto. 8-45
Se tiene glicerina a 40°C con r 1 252 kg/m3 y m 0.27 kg/m · s que fluye a través de una tubería horizontal lisa de 5 cm de diámetro, con una velocidad promedio de 3.5 m/s. Determine la caída de presión a lo largo de 10 m de la tubería. 8-46
Se tiene aire a 1 atm y 60°F que fluye a través de un ducto cuadrado de 1 ft 1 ft fabricado de acero comercial, a una razón de 1 200 cfm. Determine la caída de presión y la pérdida de carga por ft del ducto. 8-48I
Se tiene amoniaco líquido a 20°C que fluye a través de una sección de 30 m de largo de un tubo de cobre de 5 mm de diámetro a una razón de 0.15 kg/s. Determine la caída de presión, la pérdida de carga y la potencia de bombeo necesaria para superar las pérdidas de fricción en el tubo. 8-49
8-51C
¿Qué es la pérdida menor en el flujo de tubería? ¿Cómo se define el coeficiente de pérdida menor K L?
Defina la longitud equivalente para pérdida menor en un flujo de tubería. ¿Cómo se relaciona con el coeficiente de pérdida menor? 8-52C
El efecto de redondear la entrada de una tubería sobre el coeficiente de pérdida ¿es: a) despreciable, b) poco significativo o c) muy significativo. 8-53C
El efecto de redondear la salida de una tubería sobre el coeficiente de pérdida ¿es: a) despreciable, b) poco significativo o c) muy significativo? 8-54C
¿Qué tiene mayor coeficiente de pérdida menor durante el flujo en tubería: ¿la expansión gradual o la contracción gradual? ¿Por qué? 8-55C
Un sistema de tuberías incluye vueltas agudas, y por lo tanto pérdidas considerables de carga menor. Una forma de reducir la pérdida de carga es sustituir las vueltas agudas con codos circulares. ¿Cuál es otra forma? 8-56C
Durante un proyecto de retroajuste de un sistema de flujo de fluidos para reducir la potencia de bombeo, se propone instalar álabes directores en los codos esquinados o sustituir los codos esquinados de 90° por los codos suaves. ¿Cuál procedimiento resultará en una mayor reducción en las necesidades de potencia de bombeo? 8-57C
Se debe extraer agua de un depósito de 3 m de alto cuando se perfora un agujero de 1.5 cm de diámetro en la superficie del fondo. Sin considerar el efecto del factor de corrección de energía cinética, determine la razón de flujo del agua a través del agujero si: a) la entrada del agujero está redondeada y b) l entrada tiene borde agudo. 8-58
Considere el flujo proveniente de un depósito de agua a través de un orificio circular de diámetro D en la pared lateral a una distancia vertical H desde la superficie libre. La razón de flujo a través de un orificio real con una entrada de borde agudo ( K L 0.5) será considerablemente menor que la razón de flujo calculada en la suposición de flujo “sin fricción” y, por tanto, pérdida cero para el orificio. Tome en cuenta la pérdida en orificio, pero sin considerar el efecto del factor de corrección de energía cinética y o btenga una relación para el “diámetro equivalente” del agujero con borde agudo para sustituir en las relaciones de flujo sin fricció n. 8-59
8-60
Repita el problema 8-59 para una entrada ligeramente redondeada ( K L 0.12)
Una tubería horizontal tiene una expansión repentina desde D1 =8 cm hasta D2 16 cm. La velocidad del agua en la sección más pequeña es de 10 m/s y el flujo es turbulento. La presión en la sección más pequeña es P 1 300 kPa. Cuando se considera el factor de corrección de energía cinética como 1.06 tanto en la entrada como en la salida, determine la presión corriente abajo P 2, y estime el error que habría ocurrido si se hubiera usado la ecuación de Bernoulli. 8-61
8-62C Un sistema de tuberías tiene dos
tuberías de diferentes diámetros (pero de longitud, material y rugosidad idénticos) conectadas en serie. ¿Cómo compararía: a) las razones de flujo y b) las caídas de presión en estas dos tuberías?
8-63C Un sistema de tuberías tiene dos tuberías
de diámetros diferentes (pero de longitud, material y rugosidad idénticos) conectadas en paralelo. ¿Cómo compararía: a) las razones de flujo y b) las caídas de presión en estas dos tuberías?
8-64C Un sistema de tuberías tiene dos tuberías de diámetros idénticos pero de diferentes longitudes conectadas en paralelo. ¿Cómo
compararía las caídas de presión en estas dos tuberías?
Se bombea agua desde un depósito grande inferior hasta un depósito superior. Alguien afirma que si la pérdida de carga es despreciable, la carga de bomba necesaria es igual a la diferencia de elevación entre las superficies libres de los dos depósitos. ¿Usted está de acuerdo? 8-65C
Un sistema de tubería equipado con una bomba opera de manera estacionaria. Explique cómo se establece el punto de operación (la razón de flujo y la pérdida de carga). 8-66C
Para un sistema de tubería defina la curva del si stema, la curva característica y el punto de operación en una gráfica de car ga contra razón de flujo. 8-67C
Se tiene agua a 70°F que fluye por medio de gravedad desde un depósito grande a una elevación hasta uno más pequeño a través de un sistema de tubería de hierro fundido de 120 ft de largo y 2 in de diámetro que incluye cuatro codos embridados estándar, una entrada redondeada, una salida con borde agudo y una válvula de compuerta completamente abierta. Si se considera la superficie libre del depósito más bajo como el nivel de referencia, determine la elevación z 1 del depósito más alto para una razón de flujo de 10 ft3/min. 8-69I
Un tanque de 3 m de diámetro inicialmente está lleno con agua 2 m sobre el centro de un orificio de borde agudo y 10 cm de diámetro. La superficie del tanque de agua está abierta a la atmósfera, y el orificio drena a la atmósfera. Si desprecia el efecto del factor de corrección de energía cinética, calcule: a) la velocidad inicial de flujo d el tanque y b) el tiempo que se requiere para vaciar el tanque. ¿El coeficiente de pérdida del orificio provoca un aumento considerable en el tiempo de drenado del tanque? 8-70
