Ejercicios de Ingeniería de fluidos Curso 08/09 Bol. 02

Ejercicios de Ingeniería de fluidos
Curso 08/09 Bol. 02
Problema 1: Longitudes importantes
Considerando un tubo tal que su número de Reynolds es 5 000 y su diámetro 0,5 m,
a ) halle la longitud de entrada considerendo al flujo laminar y turbulento,
b ) dados los dos valores, ¿ qué régimen sería el más adecuado para tener la longitud de
entrada más corta ?
Problema 2: Calculemos viscosidades
En una tubería de 0,025 m de diámetro por la que pasa un gas (ρ 6,74·10−7 slug / in3 )
se ha medido una longitud de entrad de 35 cm cuando el flujo era de 49,6·10−3 ft3 /h.
Establezca el valor de la viscosidad dinámica en Pa·s.
Problema 3: El gran colector
Se desea que en el régimen turbulento de un colector la longitud de entrada sea como
máximo 17 veces el diámetro de la tubería. Si el caudal máximo que se espera es de 2,84
ft3 /h, calcule el diámetro del tubo si el fluido es: a )agua, b )aceite de ν 0,01 m2 /2 y
c )mercurio (ν 1,18·10−7 m2 /s).
Problema 4: Depósito de aceite
En la tubería de la figura 1 se observa aceite (densidad 0,9 la del agua) saliendo con un
caudal de 35 ft3 /h. Si la tubería tiene un diámetro de media pulgada, calcule la viscosidad
del aceite suponiendo flujo laminar. Justifique esta última suposición.
Figura 1: Depósito de Aceite.
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Problema 5: Pérdida de carga
Calcule la pérdida de carga en una tubería de 1 milla (5280 ft) de largo de hierro
estirado (= 0,046 mm) de un diámetro de 4” por el que circula agua 20 ◦ C si la velocidad
media del agua en la tubería es de 8 ft/s
Problema 6: Busquemos potencias
Se desea que por el sistema de la figura 2 circule un caudal en estado estacionario
de 25,41·106 l/h. Calcule la potencia mínima necesaria para ello si la longitud total del
sistema hidráulico es de 400 ft, el diámetro de la tubería 2 in y su rugosidad media 51
micrómetros.
Figura 2: sistema hidráulico.
Problema 7: La tubería de gasolina
Pasando por una tubería de hierro fundido de 20 cm de diámetro y 30 km de longitud
circula un flujo de gasolina de 0,3 m3 /s.
a ) Calcule la pérdida de carga de la tubería y la potencia mínima de bombeo que se
necesita suponiendo un rendimiento de la bomba del 70 %.
b ) Calcule el caudal en m3 /h.
c ) Considere si la rugosidad del tubo es un parámetro que deba importarnos en este
problema, y porqué.
Problema 8: Tubería larga
Por una tubería de metal estirado de 10 cm de diámetro fluye alcohol etílico con una
velocidad de 300 cm/s.
a ) Calcule la pérdida de carga de la tubería por cada 10 m avance horizontal y
b ) estime el esfuerzo al que se ve sometido la pared de la tubería.
Densidad Alcohol Etílico: 810 Kg/m3 , viscosidad dinámica: 1,20 cPs.
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Problema 9: Caudal para potencia
Si la turbina de la figura 3 extrae 400 W de potencia del agua desde la presa inicial,
calcule el caudal de salida considerando las pérdidas de carga nulas y plantee el problema
considerando las pérdidas de carga. El diámetro de la tubería que conecta el depósito con
la turbina es de 4 cm, mientras que la tubería de salida tiene un diámetro de 6 cm.
Figura 3: Problema del caudal dada la potencia.
Problema 10: Dimensionalice
Calcule el diámetro necesario para que por una tubería lisa de 150 m de largo circule
queroseno a 32 ◦ C con un caudal de 28 800 l/h. (νqueroseno = 2·10−6 m2 /s)
Problema 11: Tuberías locas
Dado que las líneas que se observan en la fig. 4 son tuberías de madera con una
rugosidad media de 0,3 mm por las que circula agua y el caudal en la rama R2 es idéntico
al de la otra parte del sistema, calcule: a ) El caudal de entrada del sistema, b ) la
longitud de la rama R2 si su pérdida de carga es 3,54 pulgadas, c ) la velocidad del agua
en la rama P1 y d ) la velocidad y longitud en la rama P2 .
Figura 4: Sistema de tuberías.
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Problema 12: Extrañas tuberías
Si por el sistema de la figura circula un caudal de 53568,2 ft3 /día y la pérdida de carga
de la tubería B es de 3,25 mm calcule, considerendo las tuberías lisas:
a ) La longitud del tramo B,
b ) la potencia mínima (en metros) que debe poseer la bomba situada en la tubería A
para mantener ese caudal despreciando y sin despreciar las pérdidas de carga localizadas
debidas a la válvula de esfera,
c ) La longitud de entrada del tramo de tubería A. A la luz de este resultado, decida si
el sistema está o no bien dimensionado.
Tubería
A
B
C
D
Longitud (m) Diámetro (cm)
3,3
15
11
0,87
13
2,5
10
(a)
(b)
Problema 13: Vaciado gravitatorio
Calcule el caudal inicial de líquido para la figura 5 en dos casos:
a ) En una primera aproximación, desprecie las pérdidas de carga y
a ) No desprecie las pérdidas de carga y considere a la tubería lisa.
Considere los líquidos Agua y Aceite SAE 10 a 20 ◦ C.
Figura 5: Problema vaciado gravitatorio.
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