GUIAS DE PRACTICAS CALIFICADAS
2018
PRACTICA 05. TEMA: ECUACION GENERAL GENERAL DE LA ENERGIA DOCE DOCENT NTE: E:
MSC. MSC. ING. ING. JUAN JUAN CA CARL RLOS OS LICO LICONA NA PA PANI NIAG AGUA UA
MATERIALES: Cuaderno u Hojas cuadriculadas • •
Calculadora
•
Libros según bibliografía, apuntes de clase y/o diapositivas diapositivas de las las sesiones.
•
Lapiceros y/o corrector.
INDICACIONES: •
Se resuelven un porcentaje de problemas en clase
•
El resto de problemas, resolverlo como preparación para su posterior práctica calificada.
OBJETIVO: •
Resolver ejercicios aplicando la teoría adquirida de la Ecuación General de la Energía.
EJERCICIOS PRACTICOS: 1. En la figura figura 5.1 se muestra muestra una preparació preparación n de prueba prueba para determ determinar inar la pérdida pérdida de energí energía a mientras fluye agua a través de una válvula. Calcule la pérdida de energía si fluyen 0.10pies3/s de agua a 40°F. Rpta. 0.32 0.32 Lb-pies/Lb Lb-pies/Lb Figura 5.1. 5.1. Problema 1.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. 2. Se emplea emplea una bomba para para transferi transferirr agua de un tanque tanque abierto abierto hacia otro otro que tiene aire aire a 500 kPa sobre el agua, como se ve en la figura 5.2. Si se bombea 2250 L/min, L/min, calcule la potencia que la bomba trasmite al agua Suponga que e l nivel de la superficie de cada tanque es el mismo. Rpta. 18.75 kW TRANSFERENCIA DE MASA Y MOVIMIENTO
Página Pág ina 32
GUIAS DE PRACTICAS CALIFICADAS
2018
Figura 5.2. Problema 2.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. 3. La bomba de la figura 5.3 envía agua del almacenamiento inferior al superior, a razón de 2.0 pie3/s. La pérdida de energía entre la tubería de succión y la entrada de la bomba es de 6 lbpie/lb, y la que hay entre la salida de la bomba y el depósito superior es de 12 lb-pie/lb. Ambas tuberías son de acero de 6 pulg cédula 40. Calcule (a) La presión en la entrada de la bomba, (b) la presión en la salida de la bomba, (c) la carga total sobre la bomba y (d) la potencia que trasmite la bomba al agua. Rpta. a) −7.60 psi; b) 21.9 psi; c) 68 pies; d) 15.4 hp Figura 5.3. Problema 3.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. 4. En la figura 5.4 mostramos una bomba que envía 840 L/min de petróleo crudo (sg = 0.85), desde un tanque de almacenamiento subterráneo a la primera etapa de un sistema de procesamiento, (a) Si la pérdida total de energía en el sistema es de 4.2 N-m/N de aceite que fluye, calcule la potencia que trasmite la bomba, (b) Si la pérdida de energía en la tuberías de succión es de 1.4 Nm/N | de pulg de aceite que fluye, calcule la presión en la entrada de la bomba. Rpta. a) 13.73 kW; b) -45.4 kPa 5. El agua que se bombea en el sistema de la figura 5.5 descarga hacia un tanque al que se pesa. Se halla que en 10 s se acumula 556 Ib de agua. Si la presión en el punto A es de 2.0 psi por debajo de la presión atmosférica, calcule los caballos de fuerza que trasmite la bomba al agua. Ignore las pérdidas de energía. Rpta. 2.84 hp. TRANSFERENCIA DE MASA Y MOVIMIENTO
Página 33
GUIAS DE PRACTICAS CALIFICADAS
2018
Figura 5.4. Problema 4.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. Figura 5.5. Problema 5.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. 6. Por la turbina de la figura 5.6 fluye agua a razón de 3400 gal/min, cuando la presión en el punto A es de 21.4 psig y en el punto B de 5 psig. La pérdida de energía por fricción entre A y B es el doble de la carga de velocidad en la tubería de 12 pulg. Determine la potencia que el agua trasmite a la turbina. Rpta. 53.6 hp −
TRANSFERENCIA DE MASA Y MOVIMIENTO
Página 34
GUIAS DE PRACTICAS CALIFICADAS
2018
7. Calcule la potencia que trasmite el aceite al motor de fluido de la figura 5.7, si el flujo volumétrico es de 0.25 m3/s. En el sistema de tubería hay una pérdida de energía de 1.4 N-m/N. Si el motor tiene una eficiencia de 75%. Calcule la potencia de salida. Rpta. 12.60 kW Figura 5.6. Problema 6.
Figura 5.7. Problema 7.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. 8. ¿Cuántos hp debe transmitir la bomba de la figura 5.8, a un fluido con peso específico de 60.0 lb/pie3, si entre los puntos 1 y 2 hay pérdida de energía de 3.40 lb-pie/lb? La bomba impulsa 40 gal/min de fluido. Rpta. 1.50 hp 9. El sistema de la figura 5.9 envía 600 L/min de agua La salida va directa a la atmósfera. Determine las pérdidas de energía en el sistema. Rpta. 2.65 m Figura 5.8. Problema 8.
Figura 5.9. Problema 9.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. TRANSFERENCIA DE MASA Y MOVIMIENTO
Página 35
GUIAS DE PRACTICAS CALIFICADAS
2018
10. En la figura 5.10 se aprecia un sistema donde fluye agua a 60°F desde un depósito grande a través de un motor de fluido, a razón de 1000 gal/min. Si el motor remueve 37 hp del fluido, calcule la pérdida de energía en el sistema. Rpta. 17.9 Lb-pies/Lb Figura 5.10. Problema 10.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. 11. En la figura 5.11 presentamos parte de un sistema contra incendios, donde una bomba impulsa 1500 gal/min de agua a 50°F desde un almacenamiento y la envía al punto B. La pérdida de energía entre el depósito y el punto A en la entrada de la bomba es de 0.65 lb-pie/lb. Especifique la profundidad h que se requiere para mantener una presión de al menos 5.0 psig e n el punto A. Rpta. 12.8 pies. Figura 5.11. Problema 11.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Sexta edición. 12. En la figura 5.12 ilustramos el flujo de keroseno a 25 °C, a razón de 500 L/min, desde el tanque inferior al superior a través de un tubo de cobre de 2 pulg tipo K y una válvula. Si la presión sobre el fluido es de 15.0 psig ¿cuánta energía se pierde en el sistema? Rpta. 6.88 m 13. El profesor Pando construye una cabaña en una colina y propone el sistema hidráulico mostrado en la figura 5.13. El tanque de distribución en la cabaña mantiene una presión de 30.0 psig sobre el agua. En la tubería hay una pérdida de energía de 15.5 lb-pie/lb. Calcule los caballos de fuerza que la bomba trasmite al agua cuando impulsa 40 gal/min. Rpta. 3.08 hp TRANSFERENCIA DE MASA Y MOVIMIENTO
Página 36
GUIAS DE PRACTICAS CALIFICADAS
2018
Figura 5.12. Problema 12.
Figura 5.13. Problema 13.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Séptima Edición. 2015 TRANSFERENCIA DE MASA Y MOVIMIENTO
Página 37
GUIAS DE PRACTICAS CALIFICADAS
2018
PROBLEMAS APLICATIVOS A LA INGENIERIA 14. Un pueblo que necesita un sistema de riego sencillo que propone tener un cuerpo para recoger agua de lluvia y una bomba impulsada por la fuerza humana y montada en un marco estático de bicicleta para suministrar agua a los cultivos durante los tiempos de sequía. Si la elevación requerida es de 2.5m como se muestra en la figura 5.14 y la pérdida total en línea es de 1.8m, determine el flujo en litros por minuto que puede lograrse si una persona puede entregar una potencia de 125 kW al pedalear. Su ponga que la estación de bombeo tiene 65% de eficiencia. Figura 5.14. Problema 14.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Séptima Edición. 2015 15. Una casa tiene una bomba sumergible para manejar las aguas subterráneas acumuladas alrededor del cimiento, las cuales deben llevarse hacia una elevación más alta. Para conseguir un caudal de 1600 gal/h en el sistema que se muestra en la figura 5.15. ¿Cuánta energía se necesita si las pérdidas suman 3.8 pies? Figura 5.15. Problema 15.
Fuente: Mecánica de Fluidos. Robert Mott. Séptima Edición. 2015 16. Un arroyo corre a través de cierta parte de un campus, donde el agua desciende alrededor de 2.5m en una distancia de solo 8m, antes y después de la caída el arroyo tiene aproximadamente 3m de ancho. El club estudiantil para la sustentabilidad se pregunta sobre el aprovechamiento potencial de esta energía. Es difícil medir el flujo con exactitud, pero una estimación aproximada en este sitio es de 150 L/min. Determine la potencia que podría generarse considerando una eficiencia global de 60% en el sistema. Bosqueje un arreglo que permita lograr esto. Rpta. 36.8 W TRANSFERENCIA DE MASA Y MOVIMIENTO
Página 38
