Capítulo 07. Análisis dimensional y modelado

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-109 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-109 Repita el problema 7-108, pero con la distancia r desde la fuente de sonido como un parámetro independiente adicional. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-108 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-108 La intensidad sonora I se define como la potencia acústica por unidad de área que emana de una fuente sonora. Se sabe que I es función del nivel de presión sonoro P (dimensionesde presión) y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-107 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-107 Repita la parte a) del problema 7-106, excepto que, en lugar de la altura h, encuentre una relación funcional para la escala de tiempo televación necesaria para que el líquido ascienda hasta su altura final…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-106 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-106 Cuando un tubo capilar de diámetro pequeño D se inserta en un contenedor de líquido, el líquido sube hasta una altura h en el interior del tubo (Fig. P7-106); h es una función de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-105 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-105 Un precipitador electrostático (ESP, por sus siglas en inglés) es un dispositivo que se usa en varias aplicaciones para limpiar aire lleno de partículas. Primero, el aire sucio pasa a través de la etapa de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-104 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-104 Un dispositivo común, que se usa en varias aplicaciones para limpiar aire lleno de polvo es el ciclón de flujo inverso (Fig. P7-104). El aire polvoso (flujo volumétrico e y densidad r) entra tangencialmente a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-103 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-103 A partir de la electrónica fundamental, la corriente que fluye a través de un capacitor en cualquier instante de tiempo es igual a la capacitancia por la razón de cambio del voltaje a través del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-102 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-102 En numerosos circuitos electrónicos en los que se involucra algún tipo de tiempo característico, como los filtros y circuitos retardadores (Fig. P7-102: filtro pasa bajos), con frecuencia ve un resistor (R) y un capacitor (C)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-101 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-101 ¿Cuáles son las dimensiones primarias de la capacitancia eléctrica C, cuyas unidades son farads? (Sugerencia: busque la definición fundamental de capacitancia eléctrica.) Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-100 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-100 ¿Cuáles son las dimensiones primarias de la carga eléctrica q, cuyas unidades son coulombs (C)? (Sugerencia: busque la definición fundamental de corriente eléctrica.) Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-99 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-99 Considere una variación del problema del flujo de Couette totalmente desarrollado del problema 7-56: flujo entre dos placas paralelas infinitas separadas una distancia h, con la placa superior en movimiento a velocidad Vsuperior y la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-98 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-98 El número de Stanton se menciona en la Tabla 7-5 como un parámetro adimensional establecido (nombrado). Sin embargo, un análisis cuidadoso revela que en realidad se puede formar por una combinación del número de Reynolds,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-97 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-97 Muchos de los parámetros adimensionales establecidos mencionados en la Tabla 7-5 se pueden formar con el producto o razón de otros dos parámetros adimensionales establecidos. Para cada par de parámetros adimensionales citados, encuentre un tercer…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-96 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-96 En el Ejemplo 7-7 se usó el sistema de dimensiones primarias basado en masa, para establecer una relación para la diferencia de presión P
Pinterior  Pexterior entre el interior y el exterior de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-95 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-95 Compare las dimensiones primarias de cada una de las siguientes propiedades en el sistema de dimensiones primarias basado en la masa (m, L, t, T, I, C, N), con aquellas en el sistema de dimensiones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-94 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-94 Una partícula de aerosol de tamaño característico Dr se mueve en un flujo de aire de longitud característica L y velocidad característica V. El tiempo característico necesario para que la partícula se ajuste a un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-93 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-93 De un agujero en el fondo de un tanque fluye líquido como se muestra en la figura P7-90. Considere el caso en el que el agujero es muy pequeño en comparación con el tanque (d…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-92 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-92 Un sistema de entrega de líquido se diseña de tal modo que etilenglicol fluye por un agujero en el fondo de un gran tanque, como en la figura P7-90. Los diseñadores necesitan predecir cuánto tardará…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-91 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-91 En el ejemplo de modelo de tractocamión que se analizó en la Sección 7-5, la sección de prueba del túnel de viento medía 2.6 m de largo, 1.0 m de alto y 1.2 m de ancho.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-90 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-90 Un líquido de densidad r y viscosidad m fluye por gravedad a través de un agujero de diámetro d en el fondo de un tanque de diámetro D (Fig. P7-90). Al principio del experimento, la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-89 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-89 Con frecuencia es deseable trabajar con un parámetro adimensional establecido, pero las escalas características disponibles no se igualan con las utilizadas para definir el parámetro. En tales casos, se crean las escalas características necesarias con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-88 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-88 La caída de presión P
P1 – P2 a través de una larga sección de tubería redonda se puede escribir en términos del esfuerzo de corte tw a lo largo de la pared. En…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-87 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-87 Considere el flujo de Poiseuille bidimensional, laminar, estacionario y totalmente desarrollado del problema 7-86. La velocidad máxima umáx ocurre en el centro del canal. a) Genere una relación adimensional para umáx como función de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-86 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-86 Considere flujo de Poiseuille bidimensional, laminar, estacionario y totalmente desarrollado: flujo entre dos placas paralelas infinitas separadas una distancia h, con ambas placas en reposo y un gradiente de presión forzado dP/dx que dirige el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-85 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-85 El número de Arquímedes que se indica en la Tabla 7-5 es apropiado para partículas flotantes en un fluido. Realice una investigación bibliográfica o una búsqueda en Internet y encuentre una definición alternativa del número…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-84 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-84 En la atmósfera ocurre una explosión cuando un misil antiaéreo alcanza su objetivo (Fig. P7-84). Una onda de choque (también llamada onda expansiva) se dispersa radialmente desde la explosión. La diferencia de presión a través…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-83 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-83 La fuerza F se aplica a la punta de una viga voladiza de longitud L y momento de inercia I (Fig. P7-83). El módulo de elasticidad del material de la viga es E. Cuando la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-82 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-82 Escriba las dimensiones primarias de cada una de las siguientes variables del campo de la mecánica de sólido, y muestre todo el procedimiento: a) momento de inercia I; b) módulo de elasticidad E, también llamado…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-81C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-81C Existen numerosos parámetros adimensionales establecidos además de los mencionados en la Tabla 7-5. Realice una investigación bibliográfica o una búsqueda en Internet para encontrar por lo menos tres parámetros adimensionales nombrados establecidos que no estén…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-80C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-80C Piense acerca de y describa un flujo prototipo y un correspondiente flujo modelo que tengan similitud geométrica, pero no similitud cinemática, aun cuando los números de Reynolds se igualen. Explíquelo. Solución: Solución 1: Canal  …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-79C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-79C Para cada enunciado, elija si el enunciado es verdadero o falso y discuta su respuesta brevemente. a) La similitud cinemática es una condición necesaria y suficiente para la similitud dinámica. b) La similitud geométrica es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-78 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-78 Un modelo a un dieciseisavo de escala de un nuevo auto deportivo se prueba en un túnel de viento. El auto prototipo mide 4.37 m de largo, 1.30 m de alto y 1.69 m de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-77I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-77I I Un pequeño túnel de viento en el laboratorio estudiantil de fluidos de una universidad tiene una sección de prueba que mide 20  20 in de sección transversal y 4.0 ft de largo. Su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-76C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-76C Considere de nuevo el ejemplo de modelo de tractocamión discutido en la Sección 7-5, excepto que la velocidad máxima del túnel de viento es de sólo 50 m/s. Los datos de fuerza de arrastre se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-75 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-75 En el ejemplo de modelo de tractocamión que se analizó en la Sección 7-5, la sección de prueba del túnel de viento medía 2.6 m de largo, 1.0 m de alto y 1.2 m de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-74 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-74 Agua a 20°C fluye a través de una larga tubería recta. La caída de presión se mide a lo largo de una sección de la tubería de longitud L
1.3 m como función de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-73C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-73C Use análisis dimensional para mostrar que, en un problema que incluye ondas acuáticas a las bajas profundidades (Fig. P7-73), tanto el número de Froude como el número de Reynolds son parámetros adimensionales relevantes. La velocidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-72C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-72C Explique el propósito de una banda móvil de suelo en las pruebas de túnel de viento de flujo sobre modelos de automóviles. ¿Puede pensar en una alternativa si no está disponible una banda móvil de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-71C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-71C Aunque usualmente se piensa en un modelo más pequeño que el prototipo, describa al menos tres situaciones en donde es mejor que el modelo sea más grande que el prototipo. Solución: Solución 1: Canal  …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-70C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-70C ¿Cuál es la regla empírica acerca del número límite de Mach con la finalidad de que la aproximación de flujo incompresible sea razonable? Explique por qué los resultados del túnel de viento serían incorrectos si…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-69C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-69C Defina bloqueo de túnel de viento. ¿Cuál es la regla empírica acerca del máximo bloqueo aceptable para una prueba de túnel de viento? Explique por qué existirían errores de medición si el bloqueo fuera significativamente…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-68 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-68 La razón de transferencia de calor al agua que fluye en una tubería se analizó en el problema 7-24. Enfrente el mismo problema, pero ahora con análisis dimensional. Agua fría entra a una tubería, donde…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-67 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-67 Considere flujo laminar a través de un largo tramo de tubería, como en la figura P7-66. Para flujo laminar se evidencia que la rugosidad de superficie interior de tubería no es un parámetro relevante a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-66 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-66 Un fluido incompresible de densidad r y viscosidad m fluye a una velocidad promedio V a través de un largo tramo horizontal de tubería redonda de longitud L, diámetro interior D y rugosidad de superficie…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-65 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-65 Necesitará los resultados del problema 7-64 para resolver este problema. Una pequeña partícula de aerosol cae a velocidad terminal V. El número de Reynolds es lo suficientemente pequeño como para que sea válida la aproximación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-64 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-64 Combine los resultados de los problemas 7-62 y 7-63 para generar una ecuación para la velocidad terminal V de una partícula de aerosol que cae en el aire (Fig. P7-63). Verifique que su resultado sea…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-63 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-63 Una pequeña partícula de aerosol, con densidad rp y diámetro característico Dp, cae en un aire de densidad r y viscosidad m (Fig. P7-63). Si la partícula es lo suficientemente pequeña, es válida la aproximación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-62 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-62 Cuando pequeñas partículas de aerosol o microorganismos se mueven a través del aire o el agua, el número de Reynolds es muy pequeño (Re  1). A tales flujos se les llama flujos reptantes o…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-61 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-61 Repita el problema 7-58, excepto que la velocidad del sonido c en un gas ideal sea una función sólo de la presión P y la densidad del gas r. Use análisis dimensional para encontrar la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-60 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-60 Repita el problema 7-58, excepto que la velocidad del sonido c en un gas ideal sea una función sólo de la temperatura absoluta T y la constante específica de gas ideal Rgas. Use análisis dimensional…