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• Kevin Jaldin

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Guia de ejercicios Univ. Lizandro R. Condori Mendoza

Índice 1. Flujo de fluidos incompresibles

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Operaciones unitarias 1

1.

Flujo de fluidos incompresibles

Ejercicio 1.A traves de una tuberia de acero de 2plg y longitud equivalente de 120 m hay que transportar agua desde un deposito hasta una camara de rociado, saliendo por una boquilla de atomizacion que se encuentra a 20m por encima del nivel de agua en el deposito.El flujo de agua ha de ser de 20 m3 /h y la caida de presion a travez de la boquilla es de 0.8 atmosferas. Determinese la potencia de la bomba a instalar si la eficacia del motor es del 90 % y de la bomba del 60 % Ejercicio 2.Para concentrar una disolución de ClNa se bombea desde un deposito almacen hasta un evaporador, a travez de una tuberia lisa de cobre de 3cm de diametro interno, a razon de 150 m3 /dia. A la temperatura de bombeo la disolucion tiene densidad de 1150 kg/m3 , y su viscosidad es de 2.3centipoises. calculese: a)La perdida de presion por friccion si la longitud de la tuberia es de 50m b)La potencia necesaria para vencer la friccion 1” , circula acido sulfurico de densidad 1980 kg/m3 y 2 viscosidad 26.7 centipoises.Determinese la velocidad masica, en kg/m2 s, si la perdida de presion a lo largo de la conduccion es de 20 mmHg. Ejercicio 3.A traves de 30 m de una tuberia de 1

Ejercicio 4.El abastecimiento de agua en una fabrica con caudal de 160m3 /dia se hace mediante una tuberia de 1” y 2350m de longitud, desde un manantial situado a 240m de altura (sobre el nivel del suelo de la fabrica). En las horas de maximo consumo la presion del agua deciende considerablemente, y con ello el caudal de agua en algunas de las aplicaciones. Se trata de renovar la conduccion, estableciendo al mismo tiempo un deposito general situado sobre la misma fabrica con la entrada a 48m del suelo. calculese: a)Si se respeta la antigua conduccion de 1”,¿Cual sera la potencia de la bomba que ha de introducirse en la canalizacion para conseguir el caudal deseado? b)Determinese el diametro que ha de tener la conduccion para lograr el caudal indicado sin necesidad de la bomba. Ejercicio 5.Una disolucion de acido sulfurico al 40 % ha de llevarse con un caudal de 10000 l/h a traves de una tuberia de 25 mm de diametro interno y 30 m de longitud. El punto de descarga del acido sulfurico se encuentra a 25 m por encima del nivel del mismo en el deposito. La tuberia tiene 2 codos de 20 diametros de longitud equivalente cada uno, y su rugosidad relativa es de 0.002. Calculese la potencia teorica de la bomba, si en las condiciones de bombeo el peso especifico del acido sulfurico es de 1.53 y su viscosidad cinematica 0.0414cm2 /s Ejercicio 6.Desde un deposito de agua, situado a 35m de altura sobre el lugar de utilizacion, han de conducirse 200 l/min a traves de una conduccion, cuya longitud es de 150m, que contiene 4 codos y una valvula de asiento. Determinese el diametro de la tuberia mediante el : a) Metodo de las constantes kc = 0,75 y kv = 0,17 b) Metodo de las longitudes equivalentes Ejercicio 7.Se necesita transportar 50 m3 /h de etanol desde un deposito situado en la planta baja de una fabrica, hasta un reactor tubular flujo piston situado 20m sobre el deposito (en sentido vertical). La conduccion se ha de efectuar a travez de tuberia de 4”, y la instalacion tiene una longitud de 40 m con 4 codos y dos valvulas de asiento. Calculese: a)La potencia de la bomba a instalar si el rendimiento del grupo motor-bomba es 65 % b)El coste de bombeo si el kW-h cuesta 0.40ptas.Datos: densidad 789kg/m3 , viscosidad 1,194x10−2 kg/ms

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Operaciones unitarias 1

Ejercicio 8. Un tubo capilar pequeño con un diametro interno de 2.9mm y una longitud de 0.5m se emplea para medir la viscosidad de un liquido, cuya densidad es de 920kg/m3 . La lectura de la caida de presion en el capilar durante el flujo es de 0.08m de agua(densidad=998kg/m3 ). El caudal en el capilar es 9,27x10−7 m3 /s, Ignorando los efectos terminales, determine la viscosidad del liquido. Ejercicio 9.Por una tuberia de 25cm de diametro interno se transporta petroleo a 30 km de distancia, con un caudal de 1000m3 /dia. Se necesita aumentar el caudal en 200m3 /dia, conservando las mismas presiones de entrada y salida, para lo cual se conecta entre 2 puntos de la tuberia primitiva(y paralela a ella) otra tuberia del mismo diametro. Determinese la longitud de la tuberia conectada. Asuma las siguientes propiedades para el petroleo: µ = 7,0x10−4 kg/m − s , ρ = 870kg/m3 Ejercicio 10.Agua a 20°C se bombea desde un tanque abierto ubicado 5 m por debajo de la bomba, a otro tanque abierto ubicado a 20 m pro encima de la bomba. La tuberia tiene un diametro interno de 52.5 mm y el sistema se muestra en la figura inferior. La seccion de tuberia horizontal en la que se ubica la bomba tiene 100 m de longitud, y la seccion horizontal por encima del tanque elevado es de 100 m de longitud. Sobre la linea de descarga se interpone una valvula de globo totalmente abierta. La eficiencia de la bomba es del 75 % . Determine la potencia de la bomba.

Ejercicio 11. Acido sulfurico al 75 %, de densidad 1650kg/m3 y viscosidad 8.6mPa-s,se bombea atraves de 0.8km lineales por una tuberia de 50mm de diametro interno a una velocidad de 3kg/s, y luego se eleva la tuberia 15m verticalmente.Si la bomba es electrica y tiene una eficiencia global de 50 %, que potencia se requerira?¿Que tipo de bomba elegiria usted? y de material de construccion seria la bomba y la tuberia? Ejercicio 12.El oleoducto de alaska bombea crudo de petroleo desde la bahia de prudhoe hasta valdez, a traves de una tuberia de 1.22m de DI y 1270 km de longitud a presiones tan elevadas como 8MPa. El crudo esta a 50°C y el caudal de la linea es 2.2m3 /s. Calcular: a)El numero teorico de estaciones de bombeo necesarias b)Los kW del conjunto de bombas condidere:para el petroleo crudo µ = 6x10−3 kg/m − s , ρ = 910kg/m3

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Operaciones unitarias 1

Ejercicio 13.Dos tanques de almacenamiento A y B conteniendo un producto de petroleo descargan a traves de una tuberia de 0.3m de diametro interno y 1.5km de longitud hasta una union D. Desde D el producto se lleva por una tuberia de 0.5m de diametro interno hasta un tercer tanque de almacenamiento C , a 0.8km de distancia. La superficie del liquido en A esta inicialmente 10 m por encima del nivel en C y el nivel del liquido en B esta 7m mas alto que el de A.Calcule la velocidad inicial de descarga del liquido si las tuberias son de acero comercial. datos para el petroleo: µ = 7x10−3 kg/m − s , ρ = 870kg/m3 Ejercicio 14.Un granjero desea extraer agua a 10°C desde un lago situado a 1200 m de un campo que esta a 3 m bajo el nivel de la superficie del lago. ¿Que medida de tuberia de acero comercial (ε = 4,6x10−5 ) se debe elegir si se desean 400 L de agua por minuto?. Ignore todas la perdidas excepto las provocadas por la friccion en la pared. Ejercicio 15.Un liquido con una gravedad especifica de 2.6 y viscosidad de 2.0 cPoise fluye a traves de una tuberia lisa de diametro desconocido, dando lugar a una caida de presion de 0.183 lbf /plg 2 en 1.73 millas. ¿Cual es el diametro de la tuberia en pulgadas si la velocidad de masa del flujo es de 7000lb/h?

Ejercicio 16.Una proveedora de gasolina a 20°C que tiene una viscosidad de 0.667 centipoise y una gravedad especifica de 0.76, se bombea atravez de una tuberia horizontal estandar de 150 mm de diametro a un caudal de 2 m3 /min. Al final de 200 m , esta tuberia se ramifica en 3 lineas consistentes de 80 , 50 y 25 mm de tuberias estandares, Si las tuberias tiene respectivamente longitudes de 200 , 100 y 50 m y descargan a la presion atmosferica, ¿cual es el porcentaje volumetrico del total del flujo a travez de cada rama?. Ejercicio 17.Para transvasar 35000 L/h de alcohol etilico del 95 % a 15 °C a traves de un tubo horizontal de 2 plg de diametro y 350 m de longitud se proyecta el establecimiento de una bomba que, junto con el motor electrico, tiene un rendimiento de potencia del 40 %. ¿Cual sera el costo diario de la operacion con energia electrica a 0.15 Bs/kW-h?. Ejercicio 18.A traves de una tuberia de plomo de 25 mm de diametro y longitud equivalente de 60 m circula acido sulfurico de densidad de 1840 kg/m3 y viscosidad de 0.025 Pa.s con un flujo masico de 3 Kg/s (a)Calcule la caida de presion a traves de esta longitud de tuberia. (b)Para superar esta caida de presion, que tamaño de bomba se requerira, si la eficiencia global de la misma es del 70 % . Ejercicio 19.Una disolucion de acido sulfurico, de densidad 1530 kg/m3 y viscosidad cinematica de 0.0414 cm2 /s, se ha de bombear desde un deposito hasta el lugar de aplicacion, situado en la misma instalacion fabril a una altura de 18 m por encima del nivel del acido sulfurico en el deposito. La linea de conduccion es de tuberia plomo con rugosidad relativa de 0.005 de 6cm de diametro interno y su longitud total (incluidos los accesorios) es de 450m . determinese la potencia teorica de la bomba a instalar para efectuar el transporte si se necesita un caudal de 120 L/min. Ejercicio 20.El agua, a 10 °C, se suministra del rio a un recipiente abierto mediante una bomba (ver figura) . El punto superior de la tuberia esta dispuesto 50 m mas alto que el nivel del agua en el rio. La tuberia es de acero con una corrosion insignificante, su diametro interior es de 80mm, la longitud teorica (de calculo), o sea, la longitud propia mas la longitud equivalente de las resistencias locales es de 165m. la bomba suministra 575 L/min. ¿Cual sera la potencia consumida por la bomba, si su eficiencia es de 0.55?

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Ejercicio 21.Se hace circular agua a 10°C procedente de un gran tanque a traves de un sistema de tuberias (0.205 m de DI) de acero comercial de 8 pulgadas, norma 30, con una valvula abierta como se muestra en la figura. ¿Que longitud de tubo podria utilizarse para mantener un caudal de 0.2 m3 /s?

Ejercicio 22.Petroleo crudo se bombea desde una terminal hasta la refineria a traves de una tuberia de 1 pie de diametro. Como resultado del calentamiento friccional, la temperatura del petroleo es 20K mas alta que en la refineria que en la terminal y la viscosidad deciende a la mitad de su valor original. ¿Cual es la relacion de la caida de presion en la refineria respecto a la caida en la terminal? (viscosidad del petroleo en la terminal=90mPa-s, desidad del petroleo (aproximadamente constante)= 960 kg/m3 , flujo del petroleo = 20000 TM/dia). Ejercicio 23.Un petroleo crudo de densidad 950kg/m3 y viscosidad 10−2 se va a bombear 10km a traves de una tuberia y la caida de presion no puede exceder 2x105 Pa . Cual es el diametro minimo de tuberia que se requiere, si se debe mantener el flujo masico de 50 TM/h ? asuma la tuberia hidrodinamicamente lisa.

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