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• Simon10

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Ejercicios 1. El agua de lluvia fluye a una velocidad estacionaria hacia abajo en una calle que tiene una inclinación de 30o con respecto a la horizontal. Un fragmento de papel sobre la superficie de agua se mueve a una velocidad uo = 0,3 m/s. La calle tiene 6 m de ancho y una profundidad del agua h = 1 cm. Calcular el caudal volumétrico del agua de lluvia para un perfil de velocidad n = uo y/h. Resp: 9 l/s

2. Un sifón que permite la salida del agua de un recipiente de grandes dimensiones está constituido por un tubo de 10 cm de diámetro, en el cual la línea central superior se encuentra 4 m por encima de la superficie libre del depósito. Se pide: a) Caudal máximo que puede esperarse obtener con este dispositivo sin que se produzca cavitación. b) Cota de salida del sifón con relación al nivel superior del depósito. Dato: Tensión de vapor del agua = 1 mca (presión absoluta). Patm = 1 at. Nota: La cavitación teórica se produce en aquel punto en que su presión es equivalente a la tensión de vapor máxima del líquido que fluye. Resp: 80,3 l/s; -5,3 m.

3. Un flujo permanente de agua circula por el depósito de la figura. La sección 1 tiene un diámetro de 75 mm y es atravesada por un caudal de 27 l/s. La sección 2 tiene un diámetro de 50 mm y la velocidad del flujo alcanza los 9 m/s. La sección 3 posee un diámetro de 25mm. Se pide: a) Velocidad y caudal, con su sentido, en la sección 3. Rsp: 19,1 m/s; 9,36 l/s.

4. Una manguera de 75 mm de diámetro termina en una boquilla de 35 mm de diámetro. Si el caudal fluyente es 20 l/s de agua, despreciando las perdidas, se pide: a) Presión aguas arriba de la boquilla. Rsp: 21 mca.

5. El agua fluye radialmente entre dos bridas situadas en el extremo de una tubería de 15 cm de diámetro, tal como se indica en la figura. Despreciando las pérdidas y teniendo en cuenta que la presión en A es 0,3 mca. Se pide: a) Presión en B.

b) Caudal fluyente. r) -0,32 mca; 105,55 l/s.

6. Un sifón que permite la salida del agua de un recipiente de grandes dimensiones está constituido por un tubo de 10 cm de diámetro, en el cual la línea central superior se encuentra 4 m por encima de la superficie libre del depósito. Se pide: a) Caudal máximo que puede esperarse obtener con este dispositivo sin que se produzca cavitación. b) Cota de salida del sifón con relación al nivel superior del depósito. Dato: Tensión de vapor máxima del líquido = 1 mca (presión absoluta)., Patm = 1 bar Nota: La cavitación teórica se produce en aquel punto en que su presión es equivalente a la tensión de vapor máxima del líquido que fluye. Resp: 80,3 l/s; -5,3 m.

7. La corriente de aire creada en un carburador por la succión del motor es de 3,14 l/s, produciéndose de esta manera la aspiración del combustible. Se pide: a) Caudal de gasolina. Datos: Peso específico del aire = 1,3 kg/m3; idem de la gasolina 900 kg/m3. Nota: Despréciense las pérdidas de carga. Rsp: 1,075 l/h

8. Se dispone de la instalación de la figura para elevar un determinado caudal de un líquido cuya densidad relativa es conocida porque se sabe que en un planeta cuya gravedad es 4 m/s2, 1 m3 pesa 12.000 N. La irreversibilidad entre 1 y la bomba es de 1.470 W, entre la bomba y 2 vale 7,5 mca y entre la bomba y 3 asciende a 6.615 W. Se pide: a) Caudales circulantes Q1B , QB2 , QB3. b) Altura manométrica y potencia útil de la bomba. Datos: Presión en 3 = 0,5 MPa; presión en B = 0,75 kg/cm2; ZB'- ZB= 0,5 m Notas: Despréciense las pérdidas de carga entre B y B' y las energías cinéticas. Rsp: 100,59 y 41 l/s; 38 mcl; 111,7 kW.

9. Se fuerza agua hacia adentro del aparato con un caudal de 0,1 m3/s a través del tubo A, a la vez que un aceite de densidad relativa S = 0,8, se fuerza con un caudal de 0,03 m3/s a través del tubo B, en régimen permanente. Los líquidos son incomprensibles y forman una mezcla homogénea de gotas de aceite en el agua, que sale a través de C. a) Calcular la velocidad promedio y la densidad de la mezcla que sale a través del tubo C, que tiene un diámetro de 0,3 m, cuando el pistón D está quieto. b) El pistón D tiene un diámetro de 150 mm y se mueve hacia la izquierda con una velocidad de 0,3 m/s. Calcular la velocidad promedio del fluido que sale por C. Rsp: 1,84 m/s; 953,8 kg/m3; 1,91 m/s.

10. A través del conducto de agua indicado en la figura, pasa un caudal de 1,54m3/s. La válvula del tubo de Pitot está cerrada. Si la presión absoluta de vapor es de 6,9 kPa y la presión atmosférica es de 100 kPa; se pide: a) Magnitud y dirección del desplazamiento del manómetro al abrir la válvula del Pitot. Razónese todo lo que se realice. Rsp 116,5 mm.

11. En el sistema esquematizado en la figura se pide: a) Caudal circulante. b) Diferencia de niveles R1. c) Peso específico relativo S3. Nota: Despréciense las pérdidas de carga. Rsp: 29,2 l/s; 70,5 cm; 2,176.

12. Se tiene la tubería de ensayo de la figura donde se ha dispuesto un Pitot, un piezómetro abierto, una bomba o turbina; un manómetro aneroide; un tubo estático y, por último, una combinación de Pitot y piezómetro. Con los datos reseñados en la figura, se pide: a) Velocidades del flujo en las tuberías 1 y 2. b) Caudal fluyente. c) Energía absorbida o cedida por el líquido. d) Valor de R1 . e) Valor de R2 . Rsp: 0,7 y 1,575 m/s; 12,4 l/s; 4,23 kW; 2,60 m; 4,22 cm.

13. En el depósito de la figura el tubo de descarga tiene un factor de paso de 1,5. Se pide: a) Deducir la expresión de la velocidad de salida del agua. b) Caudal del agua que fluye en las condiciones de la figura. c) Deducir la expresión que permita conocer el tiempo de vaciado del depósito. d) Tiempo que tardara en descender el nivel de los líquidos 0,5 m, suponiendo constante la presión del aire. Rsp: 5,7 l/s; 69,16 s.

14. El tronco de cono de la figura tiene un orificio en el fondo de 5 cm de diámetro. Se pide: a) Tiempo que tardara la superficie libre en descender 0,5 m. Resp: 103 s.

15. Teniendo en cuenta los datos reseñados en la figura, se pide: a) Tiempo que tardara en descender 1 m la superficie libre del depósito situado a la izquierda. Resp: 136 s.

16. En el sistema esquematizado en la figura, despreciando las perdidas, se pide: a) Caudal circulante. b) Valores de R1 y R2. c) Razonar si son correctas las posiciones relativas de los meniscos tal como están dibujados. Rsp: 7,78 l/s; 0,67 y 0,492 m; mal y bien.

17. Un diafragma de 50 mm de diámetro sirve para medir el caudal de agua que circula por una tubería horizontal de 80 mm de diámetro. Se desea calibrar el diafragma mediante un piezómetro abierto, un Pitot y un manómetro diferencial de mercurio. Para un valor del flujo determinado las lecturas son las siguientes: Piezómetro - 1.960 mm; Pitot - 2.700 mm; manómetro - 900 mm. Se pide: a) Coeficiente de gasto del diafragma en tales condiciones.

b) Numero de Reynolds. Dato: Viscosidad del agua = 1 cSt. Resp: 0,65; 304.800.

18. Calcular la distribución de velocidades de un líquido viscoso entre dos placas planas, una parada y otra moviéndose con velocidad constante UW, si entre los extremos existe una diferencia de altura piezométrica. Calcular el perfil de velocidades y dibujar esquemáticamente las diferentes distribuciones de velocidad que se obtienen según el sentido y la importancia relativa de la velocidad de la placa y la diferencia de altura piezométrica.

Resp:

19. Los depósitos A y B, de grandes dimensiones, están conectados por una tubería de sección variable. El nivel de agua en el depósito A es de 2m y el desnivel entre ambos depósitos es de 3m. El radio en el tramo de tubería 1 es 3 cm, reduciéndose a la mitad en el punto 2 y a un tercio en el punto 3. Considere g=10m/s2; z1 = 2,8m; z2 = 1,5 m; z3=0 m y P3 = P0. Calcular: a) Presión manométrica en el fondo del depósito A, expresada en pascales y m.c.a. b) Velocidad con que vierte el agua en el depósito B (punto 3) y caudal expresado en l/s. c) Velocidad en los puntos 1 y 2. d) Representar la línea de altura total y línea de altura piezométrica e) Diferencia de altura h entre los piezómetros situados en los puntos 1 y 2.

20. Para el sistema mostrado en la figura calcule la presión de aire requerida por encima del agua para hacer que el chorro sube 40 pies desde la boquilla. La profundidad h es de 6.0 pies. Dar la respuesta en psig.