1) Calcular la fuerza de roce entre dos placas paralelas de 1 x 1 m

Fluidodinámica – Mecánica de los Fluidos
Fac. de Ingeniería UNLP
Fluidodinámica (Ing. Industrial) , Mecánica de los Fluidos (Ing. Mecánica)
Trabajo Práctico Nro. 4: Balance de Masa, Cantidad de Movimiento y Energía
1) Un sistema para distribución de aire acondicionado consta de un conducto de 50 m de largo con 4
bocas de salida laterales sucesivas. El conducto es de sección rectangular, de altura constante h = 40 cm y
ancho variable como indica la figura F1. Si el caudal volumétrico de entrada es de 120 m3/min, y se
quiere que a) los caudales de salida de cada boca sean iguales y b) que la velocidad media en el conducto
principal sea de 10 m/s, dimensionar el ancho de cada tramo del conducto (b1, b2, b3, b4)
2) Se usa un compresor para cargar con aire a presión un recipiente de volumen fijo Vo. Si la presión en
el recipiente aumenta en el tiempo según la relación P(t) = Pat + k*t, hasta P = Pmax, y se supone una
compresión adiabática (
P
ργ
= cte ), con γaire = 1.4, cuál es la ley de variación en el tiempo del caudal
másico que entrega el compresor? Cuál es el máximo valor que alcanza la densidad del aire dentro del
recipiente? Responder primero el caso general, y luego resolver el problema particular para k = 0.02
kgf/cm2 s, Pmax = 6 kgf/cm2 (manométrica), Vo = 0,5 m3
3) La velocidad media <V> en un conducto es aquella que multiplicada por el área del mismo da el
caudal volumétrico que circula por el conducto (Q = <V>A) . Si el perfil de velocidades para un caso de
flujo en un conducto de sección circular y radio R es vz ( r ) = Vmax (1 −
r2
<V >
) , hallar la relación
2
R
Vmax
para este flujo. Suponer la densidad constante, con lo que el cálculo del caudal es Q =
∫∫ VdA
A
4) Un ventilador extractor colocado en una pared de un edificio proporciona una elevación de presión de
3 pulgadas de agua, y maneja un caudal volumétrico de aire de 140 m3/min. Calcule la potencia mínima
del ventilador para aire a 20 oC
5) Una bomba centrífuga tiene una potencia de 75 kW y un caudal volumétrico de agua de 10 m3/min.
Cuál es el aumento máximo de presión que puede generar la bomba a este caudal?
6) La figura F6 muestra un dispositivo de pruebas para evaluar el coeficiente de pérdida K para
válvulas. Las pérdidas de energía en las válvulas se modelan mediante la ecuación
wˆ v = ghL = K
V2
2
donde ghL es la pérdida de energía mecánica por unidad de caudal másico y V es la velocidad de
entrada del flujo a la válvula. En una prueba particular el manómetro indicó una lectura de 40 kPa
man. y el tanque receptor de 1.5 m3 se llenó en 2 min. 55 segundos. Calcule el coeficiente de pérdida
para agua a 20 oC
7) La figura F7 muestra un conducto donde se prueban ventiladores centrífugos. Se toma aire de la
atmósfera (P = 1 at, T = 25 oC). El conducto de entrada es de 1.20 m x 0.6 m. En la sección 1 el
conducto es un cuadrado de 0.75 m de lado. En la sección 2 el conducto es circular y tiene un
diámetro de 0.9 m. En el conducto de entrada un manómetro de agua mide una presión estática de – 2
pulgadas de agua. Calcule el caudal volumétrico de aire al ventilador y la velocidad promedio del
fluido en las secciones 1 y 2. Suponga una densidad constante.
8) Encuentre la altura hB en el tanque B de la figura F8 para condiciones de estado estacionario,
despreciando pérdidas.
9) Encuentre la fuerza horizontal requerida para mantener el depósito que se muestra en la figura F9 en
su lugar.
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10) Como se muestra en la figura F10, por una tubería de 20 cm. de diámetro interno asciende agua a un
caudal volumétrico de 0.5 m3/s. Encuentre el momento de flexión en la base de la tubería causado por
el flujo.
11) Encuentre el diámetro D del chorro a 10 oC para mantener la placa suspendida, tal como se muestra
en la figura F11. Suponga que DT >> D y que el fluido es no viscoso.
12) Un velero viaja a 20 km/h con un viento de popa de 30 km/h. La figura F12 muestra una estimación
del patrón de flujo del aire. Encuentre la fuerza del aire sobre el velero usando un VC solidario al
mismo para escribir la ecuación de conservación de cantidad de movimiento.
13) Por una boquilla de 5 cm de diámetro emerge un chorro de agua a 60 m/s, incidiendo sobre un álabe
recto con R = 0,5 m. que gira a 300 rpm. Determinar la fuerza que ejerce el chorro sobre el álabe y la
potencia transmitida (fig. F13).
14) Un cohete de agua casero se fabrica con una botella plástica llena parcialmente de agua, y con aire a
presión, como muestra la figura (F14). Si el diámetro del pico es de 1” y se desprecian pérdidas,
calcular la presión que debe tener el aire para lograr un empuje inicial de 10 kgf. Considerar el
diámetro del pico << diámetro de la botella.
15) Qué caudal de agua puede elevar una bomba de 0.5 HP desde z = 0 hasta un tanque situado en z = 10
m, suponiendo que la potencia de la bomba se transfiere íntegramente al fluido? Qué caudal elevaría
si el agua se bombea desde una profundidad de 30 m bajo el nivel del suelo?
16) Un vehículo a colchón de aire pesa 750 kg, con una forma en planta aprox. circular con D = 2,5 m. El
aire es impulsado por un ventilador, y sale al exterior por una ranura anular de h media = 2 cm.
Calcular el flujo de aire y la potencia del soplante, despreciando efectos de fricción, fig. F16.
Sugerencia: calcular primero la presión interior que levanta al vehíulo del piso.
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