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UCSM Facultad de Arquitectura e Ingenierias Civil y del Ambiente PROBLEMAS PROPUESTOS Semestre 2014-I Curso Profesor (JP) Fecha de entrega

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Mecanica de Fluidos Ing. Hector Mayol Novoa A. Jueves 03 de Julio del 2014

III FASE

__________________________________________________________________________________ Cantidad de Movimiento 1.- Los chorros de ambas toberas en la figura 1 salen a la atmosfera a una velocidad de 30 pies/s. El líquido tiene un peso específico de 62.4 lb/pie3. Los ejes del tubo y de ambas toberas se encuentran dentro de un plano horizontal. Halle la magnitud y la dirección de la fuerza resultante sobre esta doble tobera. Desprecie la fricción. Chorro de 7”

10”

Chorro de 9”

2.- Un vehículo se impulsara por un chorro de agua que impacta en una paleta como se muestra en la figura. El chorro tiene una velocidad v1=30 m/s y sale de una boquilla de 180 mm de diámetro. Calcule la fuerza sobre el vehículo a) si este está estacionario y b) si está moviéndose a v2 =18 m/s.

V2

V1=27 m/s

boquilla

3.- Cual es la fuerza horizontal ejercida por el agua y el aire?

Φ1=12” Φ2=6” 4.- Encuentre la fuerza vertical sobre el codo. P1=200,000 Pa (abs)

0.3m

Codo: Vinterno = 0.7 m3 Vexterior = 0.8 m3

Agua 15m

Aceite (Sg=0.65)

V=5.0m/s P2= 180,000 Pa (abs)

0.2m 5.- El sistema que se muestra conduce un caudal de agua de 2.5 m3/s a través de la tubería EB proveniente de un gran embalse dividiéndose posteriormente en 1/3 y 2/3 m3/s. Los pesos de las tuberías EB, AB y BC son 1, 0.6 y 0.8 KN/m respectivamente. Hallar la fuerza horizontal total y vertical ejercida sobre la tubería por el fluido y el aire al igual que por la gravedad que actúa sobre el agua y la tubería. Dato: Pman E = 250.5 KPa.

Cavitación. 6.- Calcular la descarga posible más pequeña que puede ser bombeada a través de esta línea de conducción. Asuma la presión atmosférica igual a 14.7 psia y la presión de vapor de agua a 100°F igual a 0.95 psia. (4p) psia= lb/pulg2 absoluta 2 7.5m

15m

f=0.020

1 45m-1” Agua A 100°F

46m-1”

Bomba 7.5m 0.00m 3

7.- En la figura se muestra un sifón que une dos reservorios de agua cuyas superficies libres sometidas a la presión atmosférica tienen cotas supuestas constantes. La tubería tiene un diámetro interior constante de 60mm y una longitud total de 15m. El coeficiente unitario de perdida de carga es f=0.04 y los coeficientes de pérdidas de carga singular son K1=0.5, K2=0.5, K3=1. Calcular: a) El caudal volumétrico del sifón, b) La presión efectiva mínima. (4p)

8.- En la figura calcular la potencia que la bomba de desplazamiento positivo suministra al aceite de Sg=0.8 para mantener un caudal de 1000 l/s; si las perdidas entre los puntos 1 y 2 equivalen a 0.5 m de columna de aceite. (4p)

Análisis Dimensional 1.- ¿Las ecuaciones a y b son dimensionalmente homogéneas? a) a = d/t2 – 2 V˳/t donde a=aceleración, d=distancia, V˳=velocidad y t=tiempo b) 0 = - dP/dx +  d 2U/dy2 donde P=Presión, x, y =distancia, =viscosidad y U=velocidad 2.- Desarrollar una expresión para la tensión cortante en una corriente fluida en una tubería suponiendo que la tensión es función del diámetro y de la rugosidad de la tubería, y de la densidad, la viscosidad y la velocidad del fluido. 3.- Establecer una expresión para la potencia de entrada en una hélice al suponer que la potencia puede expresarse en función de la densidad del aire, el diámetro, la velocidad de la corriente de aire, la velocidad de rotación, el coeficiente de viscosidad y la velocidad del sonido. Semejanza Hidráulica 4.- Un modelo de avión a escala 1:80 es ensayado en una corriente de aire a 20°C y a una velocidad de 45 m/s. a) a qué velocidad habrá que arrastrarse el modelo si está totalmente sumergido en agua a 27°C? b) Que arrastre sobre el prototipo en el aire corresponderá a una resistencia sobre el modelo en el agua de 0.55 kg. 5.- Para construir el modelo de una represa se tiene que la escala de longitudes es de 1/9. Si el modelo ha de ser operado en agua, del mismo modo que el prototipo. Y teniendo en cuenta que la gravedad actúa al igual sobre ambos. ¿Cuáles serán las escalas para: tiempo, masas, velocidades, gastos, trabajo, potencias, fuerzas y presiones? 6.- Se realizara una prueba con un diseño propuesto de bomba grande que debe suministrar 2.0 m3/s de agua con un impulsor de 20 cm de diámetro que tiene un aumento de presión de 200 kPa. Se usara un modelo con un impulsor de 2.0 cm. de diámetro. ¿ Qué razón se flujo de usarse y que aumento de presión cabe esperar?. El fluido del modelo es agua a la misma temperatura que el agua en el prototipo.