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1. Consid Considera era un flujo flujo viscoso viscoso y perman permanent entee en una una tubería, tubería, en el cual el perfil perfil de velocidad velocidad forma un paraboloide alrededor de la línea central del tubo y está dado por:
(
2
V =−C r −
D
2
4
)
;
m s , donde C es una constante.
Cuál es el flujo de masa a través del extremo izquierdo de la superficie de control !uponer que el perfil de velocidad no cambia a lo lar"o de la tubería. #. $l perfil perfil de velocida velocidades des para para un flujo flujo turbulento turbulento en en un tubo tubo circular circular terso, terso, con radio radio
r0 ,
varía aría de acu acuerdo erdo a la si" si"uient ientee exp expresi resi%n %n cuan cuando do el n&m n&mero ero de 'ey 'eynold noldss es 5
aproximadam aproximadamente ente centro y
v máx
10
:
v =v máx
( ) r 0− r
1 /7
r0
, donde r es la distancia radial desde el
es la velocidad máxima en el centro. (eduzca la ecuaci%n para relacionar
la velo veloci cida dad d prom promed edio io )vel )veloc ocid idad ad "ene "enera ral* l*
v prom prom
con
v máx
para ara un flujo lujo
incomprimible. 3. $stá fluyendo a"ua salada que contiene 1.+# lb"al de sal -acia el interior de un tanque de 1 "alones, que -abía sido llenado inicialmente con a"ua fresca, y la fluye con una rapidez constante de # "almin. /a densidad de la soluci%n que está entrando es de 01. lbft. /a soluci%n, que se mantiene constante a"itándola, fluye -acia el exterior con una rapidez constante de 1+.# lbmin. 2Cuántas libras de sal -abrá en el tanque al término de una -ora y 3 minutos 2Cuál es el límite superior del n&mero de libras de sal contenida en el tanque si el proceso contin&a en forma indefinida 2Cuánto tiempo transcurrirá para que la cantidad de sal contenida en el tanque aumente de 1 lb a 14 lb 3. !e midieron midieron las las velocidades velocidades de de un conducto conducto circul circular ar de # pl" pl" de diámetro diámetro y son: son: Dist Distan ancia cia a part partir ir Dist Distan ancia cia a part partir ir Velocidad (ft/s) Velocidad (ft/s) del centro (plg) (plg) del centro (plg) 0.4 0.04 4.30 5.16 0.1 .50 4.1 3.34 6.04 .+3 3.4 4.3 6.3# +.3+ 5.# 6.55 6.14 1. #.3 0.0 4.1 777 777 $ncuentra la velocidad media y la rapidez de flujo en ft85se". 4. 9n sistema sistema de bombeo bombeo extrae extrae 6 "almin "almin de a"ua a"ua de un estanqu estanquee a la parte superio superiorr de un almacén en donde se verifica el lavado a presi%n. $l sistema está formado por tubería de -ierro fundido cédula 3. /os datos del sistema, son los si"uientes: Car"a de la bomba: •
/a toma está # m debajo de la superficie del estanque.
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• • • • •
(iámetro de la tubería: 6 pl". /on"itud de la tubería: 6 m. 1 válvula de "lobo totalmente abierta. 1 válvula de compuerta abierta totalmente abierta. 4 codos de +.
(escar"a de la bomba: • • • • • • • • • •
(escar"a 5 m sobre la superficie del estanque. (iámetro de la tubería: 6 pl". /on"itud de la tubería: # m. 1 válvula de "lobo totalmente abierta. # codos de +. 'educci%n a 3 pl". /on"itud de la tubería: 04 m. 1 válvula de retenci%n convencional. 1 válvula de "lobo totalmente abierta. 4 codos de +.
!e requiere que la presi%n de descar"a del a"ua sea de 5 atm. Calcula la potencia de la bomba, siendo la eficiencia de 64; y la temperatura de #4C. 6. $n la fi"ura se ilustra una bomba que recircula 5 "almin de aceite lubricante pesado para maquinas -erramientas, a 13 <, con objeto de probar la estabilidad del aceite. /a lon"itud total de la tuberia de 3 pl" es de #4. pies, y la de la tuberia de 5 pl" es de 04. pies. Calcule la potencia que la bomba trasmite al aceite.
7. !e está bombeando aceite de soya a través de un tubo de diámetro constante y con una velocidad de flujo de estado estable. 9na bomba suministra un flujo de #+.# =>" masa de fluido. /a presi%n absoluta de entrada de la tubería a la bomba es de 15.3 >?m8#. /a secci%n de salida de la tubería corriente abajo de la bomba está a 5.54 m por arriba de la entrada y la presi%n de salida es de 10#.3 >?m8#. /as tuberías de entrada y salida tienen el mismo diámetro. $l flujo es turbulento. Calc&lese la pérdida por fricci%n en el sistema. /a temperatura es de 55 @. . 9n líquido con densidad de 1 >"m85 y viscosidad de 1.3+ cp fluye por una tubería -orizontal recta a velocidad de 3.40 ms. el tubo de acero comercial es de tamaAo nominal de 1.4 pl", cédula 3. Bara un tubo de 61 m de lar"o, calcula: a* /a pérdida por fricci%n.
b* /a pérdida por fricci%n de una tubería tersa del mismo diámetro interior. Cuál es el porcentaje de reducci%n de la pérdida por fricci%n para una tubería tersa
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+. $l a"ua caliente de un tanque de almacenamiento abierto, que está a #.#C, se bombea a velocidad de .50+ m85min. /a línea del tanque de almacenamiento a la aspiraci%n de la bomba es de acero cédula 3, de 6.1 m de lon"itud y # pl" y contiene 5 codos. /a línea de descar"a de la bomba tiene 61 m de tubería de # pl" y contiene dos codos. $l a"ua se descar"a a la atm%sfera a una altura de 6.1 m por encima del nivel en el tanque de almacenamiento. Calcula: a* odas las pérdidas por fricci%n. b* $l valor del trabajo para la bomba en =>". c* Cuál es la potencia de la bomba en >D cuando su eficiencia alcanza el 04; 1. 9n -orno está encerrado por paredes -ec-as )de adentro -acia afuera* de pl" de ladrillo refractario de caolín, 6 pl" de ladrillo de caolín aislante, y 0 pl" de ladrillo de arcilla refractarla. iCuál es la pérdida de calor por pie cuadrado de pared cuando el interior del -orno se mantiene a # #< y el exterior a #E< 11. /a pared de un -orno de .#33 m de espesor se construye con un material que tiene una conductividad térmica de 1.5 Dm F @. /a pared estará aislada en el exterior con un material que tiene una k promedio de .536 Dm 1 @, de tal manera que las pérdidas de calor en el -orno sean i"uales o inferiores a 15 Dm#. /a temperatura de la superficie interior es 14 @ y la de la externa es #++ @. Calcule el espesor del aislante necesario. 12. 9na ventana de vidrio con área de .440 m# se instala en la pared externa de madera de una -abitaci%n. /as dimensiones de la pared son #.33 x 5.4 m. /a madera tiene un k de .144 Dm F @ y su espesor es de #4.3 mm. $l vidrio tiene 5.1 mm de espesor y k G .6+#. /a temperatura interior de la -abitaci%n es #++.+ @ )#6.0 HC* y la temperatura del aire exterior es #66.4 @. $l coeficiente convectivo -i de la pared del interior del vidrio y de la madera es .4 Dm# . @ y el -, externo también es .4 para ambas superficies. Calcule la pérdida de calor a través de la pared de madera, del vidrio y el total. 15. 9n "as a 34 @ fluye en el interior de una tubería de acero, cédula 3, de # pul" de diámetro. /a tubería está aislada con 4 1 mm de un revestimiento que tiene un valor medio de k de .6#5 Dm . @. $l coeficiente convectivo de transferencia de calor del "as en el interior de la tubería es 5.0 Dm F @ y el coeficiente convectivo en el exterior del revestimiento es 1.. /a temperatura del aire es 5 @. a* Calcule la pérdida de calor por unidad de lon"itud en 1 m de tubería, mediante resistencias. b* 'epita con el valor "eneral de 9o basado en el área exterior Ao.
