Problemario1MEC

INSTRUCCIONES. Resuelva los siguientes problemas anotando todas las
suposiciones y los cálculos realizados de forma detallada. En caso de usar
información de apéndices de libros, por favor incluya la referencia completa de
acuerdo al formato APA al final del problemario.
1. Un fluido biológico que obedece la ley exponencial y es puré de manzana,
fluye a 23.9°C con velocidad de 1.02 m/s por una tubería lisa horizontal de 45
m de largo con un diámetro interno de 0.01267 m. Las propiedades de flujo
de este puré son K=5.00 N.s0.645/m2 y n=0.645. La densidad del fluido es
1100 kg/m3. A) Calcular el número de Reynolds generalizado y la caída de
presión. B) ¿Qué potencia debe tener la bomba para esta aplicación si la
eficiencia es del 70%?
2. A rectangular heat exchanger is going to be divided into smaller sections
using sheets of commercial steel 0.5 mm thick, as sketched in Figure 1. The
flow rate is 25 kg/s of water at 20°C. Basic dimensions are L = 1 m, W = 20
cm, and H = 10 cm. What is the proper number of square sections if the
overall pressure drop is going to be no more than 1800 Pa?
3. Se bombea agua enfriada para una planta química desde un río ubicado a
2500 ft del sitio de la planta. Un diseño preliminar indica que se ha de utilizar
una tubería de acero de 6 in., para un flujo de 600 gal/min. Calcule la caída
de presión y el costo anual de bombeo si la energía cuesta 3 centavos de
dólar por kWh. ¿Podría reducir el costo de la energía si se usa una tubería de
8 in. o 10 in., y será suficiente para contrarrestar el incremento en el costo de
la tubería? Utilice $15/ft de longitud para el costo de instalación de la tubería
de 6 in., y $20/ft para la de 8 in., y $25 para la de 10 in. Los costos anuales
por mantenimiento representan 5% de los costos de instalación.
4. Un tanque cilíndrico de 1.5 m de diámetro y 7.6 m de altura contiene aceite
de semilla de algodón con densidad de 927 kg/m 3. El tanque está abierto a la
atmósfera. Cerca del fondo del tanque hay una tobera de descarga de
diámetro interior igual a 15.8 mm y con área de corte transversal A2.
Enseguida de la tobera hay una sección horizontal de tubería con diámetro
interior de 15.8 mm y una longitud de 10 m. Al final de la tubería horizontal
hay una válvula de compuerta abierta. La superficie del líquido está a H=6.1
m por encima de la línea central de la tobera. Se abre la válvula de descarga
y se drena el líquido desde H=6.1 m hasta H=2.0 m. Calcule el tiempo (en
segundos) necesario para efectuar esta operación.
5. A pump delivers a steady flow of water (ρ, μ) from a large tank to two other
higher-elevation tanks, as shown in figure 2. The same pipe of diameter d and
roughness ε is used throughout. All minor losses except through the valve are
neglected, and the partially closed valve has a loss coefficient Kvalve. Turbulent
flow may be assumed with all kinetic energy flux correction coefficients equal
to 1.06. The pump net head H is a known function of QA and hence also of
VA=QA/Apipe; for example, H=a+bVA2, where a and b are constants. Subscript
J refers to the junction point at the tee where branch A splits into B and C.
Pipe length LC is much longer than LB. It is desired to predict the pressure at J,
the three pipe velocities and friction factors, and the pump head. Thus there
are eight variables: H, VA, VB, VC, fA, fB, fC, pJ. Write down the equations
needed to resolve this problem, next solve equations using an iteration
procedure written in MATLAB or FORTRAN.
6. Fluye agua en el espacio anular de un intercambiador de calor de tubería
concéntrica horizontal, y se calienta de 40°C a 50°C en dicho intercambiador,
que tiene una longitud de 30 m del equivalente en tubería recta. El gasto de
agua es de 2.90 x 10-3 m3/s. La tubería interior es de cédula 40 de 1 in y la
exterior es de cédula 40 de 2 in. ¿Cuál es la caída de presión? Utilice una
temperatura promedio de 45°C para las propiedades físicas volumétricas.
Suponga que la temperatura de la pared es, en promedio, 4°C mayor que la
temperatura volumétrica promedio, de modo que debe hacerse una
corrección para el efecto de la transferencia de calor sobre el factor de
fricción.
7. Una mezcla de hidrocarburos a 70°C se está bombeando de un tanque de
presión absoluta de 1 atmósfera hacia una torre de destilación, a una
velocidad de alimentación de 200 gpm. La densidad de la alimentación es de
46.8 lbm/ft3, y su presión de vapor es de 8.45 psia. La velocidad en la línea de
entrada a la bomba es de 3 ft/s, y la pérdida por fricción entre el tanque y la
bomba es de 3.5 ft de fluido. La carga de succión positiva neta necesaria es
de 6 ft. A) ¿Qué tan debajo de nivel del líquido en el tanque debe
concentrase la bomba para obtener la (NSPH)R requerida? B) Si la
alimentación se encuentra en punto de ebullición, calcule la posición de la
bomba para evitar la cavitación.
8. Después de la graduación, el lector entra a trabajar a una compañía que
fabrica bombas. Uno de los productos más vendidos de su compañía es una
bomba de agua, la cual se llamará bomba A. El diámetro del rotor es D a=6
cm, y sus datos de rendimiento cuando opera a Na=1725 rpm se muestran en
la tabla 1. El departamento de investigación de mercado recomienda que la
compañía diseñe un nuevo producto, a saber, una bomba más grande (a la
que se llamará bomba B) que se empleará para bombear líquido refrigerante
R-134ª a temperatura ambiente. La bomba se diseñará de modo que su
punto de mejor eficiencia ocurra lo más cerca posible a un gasto volumétrico
de Qb=2400 cm3/s y una carga hidrostática neta de Hb=450 cm (de R-134ª).
El ingeniero principal (su jefe) le indica que lleve a cabo algún análisis
preliminar por medio de las leyes de semejanza para determinar si se puede
diseñar y construir la bomba que sea geométricamente similar que satisfaga
los requerimientos dados. A) Grafique las curvas de rompimiento de las
bombas A en forma dimensional y adimensional e identifique el punto de la
mejor eficiencia. B) Calcule el diámetro requerido de la bomba Db, la
velocidad rotacional Nb, y la potencia al freno BHPb para el nuevo producto.
9. A pump is used to take water from one reservoir to another at higher height.
Free surface of both reservoirs are exposed to atmospheric pressure and lost
minor coefficients are shown in Figure 3. Pump performance is given by the
following expression Havailable=Ho-aQ2, where head loss at the closing is
Ho=24.4 m of water column, and coefficient is a=0.0678 m/(lpm)2. Available
head (Havailable) is given in meters of water column and flow capacity (Q) is
given in liters per minute (lpm). Determine the flowrate capacity of this pump
for the network system.
10. Se desea bombear agua a 20°C desde un depósito (Z a=5 m) a otro depósito
a mayor altura (Zb=13 m) a través de dos tuberías de 36 m de largo
conectadas en paralelo, como se muestra en la Figura 4. Las tuberías son de
acero comercial y los diámetros de las tuberías son de 2 y 4 pulgadas, ambas
cédula 40. El agua se bombeará mediante el acoplamiento de una bomba de
10 hp que trabaja con una eficiencia del 70%. Despreciando las pérdidas
menores, determine la razón de flujo total entre los depósitos y la razón de
flujo a través de la cada una de las tuberías paralelas.
11. Aceite (G.E.=0.88) y viscosidad cinemática de 4E-5 m2/s, fluye a 400 gpm a
través de una tubería de hierro comercial de 6 pulgadas cédula 40. La tubería
tiene una longitud de 0.5 millas y una pendiente hacia arriba de 8° en la
dirección del flujo. Calcular la caída de presión en pascales, la pérdida de
carga en metros, y la potencia requerida de una bomba centrífuga que tiene
una eficiencia del 75%.
Referencias
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https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=https://www.frro.utn.edu.ar/
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KEwiG1L_YuZzhAhUX8YMKHRLaAPIQFjAAegQIBRAB&usg=AOvVaw31u7ZgoaMx
p_DrD2LxGzYq
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