Capítulo 07. Análisis dimensional y modelado

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-59 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-59 Repita el problema 7-58, excepto que la velocidad del sonido c en un gas ideal sea función de la temperatura absoluta T, la constante universal de gas ideal Ru, la masa molar (peso molecular) M…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-58 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-58 Se sabe que la velocidad del sonido c en un gas ideal es una función de la razón de calores específicos k, temperatura absoluta T y constante de gas ideal específica Rgas (Fig. P7-58). Use…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-57 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-57 Considere flujo de Couette en desarrollo: el mismo flujo que el del problema 7-56 excepto que el flujo no es estacionario, sino que se desarrolla con el tiempo. En otras palabras, el tiempo t es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-56 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-56 Considere flujo de Couette totalmente desarrollado: el flujo entre dos placas paralelas infinitas separadas por la distancia h, con la placa superior en movimiento y la placa inferior en reposo, como se ilustra en la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-55 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-55 Miguel trabaja en un problema que tiene una longitud característica L, una velocidad característica V, una diferencia de densidad característica r, una densidad característica (promedio) r y, desde luego, la constante gravitacional g, que siempre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-54 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-54 Una capa límite es una delgada región (usualmente a lo largo de una pared) en la que las fuerzas viscosas son significativas y dentro de la cual el flujo es rotacional. Considere una capa límite…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-53 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-53 Repita el problema 7-52, pero no suponga que el tanque es grande. En vez de ello, que sean el diámetro del tanque Dtanque y la profundidad promedio del líquido Dtanque los parámetros relevantes adicionales. Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-52 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-52 Se usa un agitador para mezclar químicos en un gran tanque (Fig. P7-52). La potencia de flecha W · que se suministra a las aspas del agitador es función del diámetro del agitador D, la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-51 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-51 Repita el problema 7-50, pero con un parámetro independiente adicional incluido, es decir, la velocidad del sonido c en el fluido. Use el método de repetición de variables para generar una relación adimensional para la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-50 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-50 Cuando un flujo uniforme fluye sobre un cilindro circular (Fig. P7-50) se forma una huella del vórtice de Kármán que es un patrón regular de vórtices derramados por el cuerpo. Use el método de repetición…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-49 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-49 Considere el caso en el que el contenedor y el líquido del problema 7-48 inicialmente están en reposo. En t
0 el contenedor comienza a rotar. El líquido tarda en comenzar a rotar como…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-48 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-48 Considere un líquido en un contenedor cilíndrico en el que tanto el contenedor como el líquido rotan como un cuerpo rígido (rotación de cuerpo sólido). La diferencia de elevación h entre el centro de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-47 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-47 Use dimensiones primarias para verificar que el número de Rayleigh (Tabla 7-5) de hecho es adimensional. ¿Qué otro parámetro adimensional establecido se forma con la razón de Ra y Gr? Respuesta: el número de Prandtl…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-46 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-46 Use dimensiones primarias para verificar que el número de Grashof (Tabla 7-5) de hecho es adimensional. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-45 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-45 Use dimensiones primarias para verificar que el número de Arquímedes (Tabla 7-5) de hecho es adimensional. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-44 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-44 Algunos estudiantes quieren visualizar el flujo sobre una pelota de béisbol que gira. Su laboratorio de fluidos tiene un bonito túnel de agua en el que pueden inyectar líneas de corrientes con tintes multicolores, de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-43 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-43 Considere la situación común en la que un investigador intenta igualar el número de Reynolds de un gran vehículo prototipo con el de un pequeño modelo a escala en un túnel de viento. ¿Es mejor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-42I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-42I Éste es un seguimiento al problema 7-41I. La fuerza de arrastre sobre el modelo en el túnel de viento (Fig. P7-41I) se mide en 36.5 lbf cuando el túnel de viento se opera a la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-41I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-41I Se debe predecir la fuerza de arrastre de un nuevo auto deportivo a una velocidad de 60.0 mi/h a una temperatura del aire de 25°C. Los ingenieros automotrices construyeron un modelo a un cuarto de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-40 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-40 Ésta es una continuación del problema 7-36. Los estudiantes miden la fuerza de arrastre en su modelo de submarino en el túnel de viento (Fig. P7-36). Tienen cuidado de correr el túnel de viento en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-39 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-39 Algunos túneles de viento están presurizados. Explique por qué una instalación de investigación pasaría por todos los problemas y gastos adicionales para presurizar un túnel de viento. Si la presión del aire en el túnel…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-38I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-38I Un paracaídas ligero se diseña para uso militar (Fig. P7-38I). Su diámetro D es de 24 ft y el peso total W de la carga que cae, paracaídas y equipo es de 230 lbf. La…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-37 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-37 Repita el problema 7-36 con las mismas condiciones excepto que la única instalación disponible para los estudiantes es un túnel de viento mucho más pequeño. Su modelo de submarino es un modelo a un veinticuatroavo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-36 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-36 Un equipo de estudiantes diseña un submarino accionado por humanos para una competencia de diseño. La longitud global del submarino prototipo es 2.24 m y sus estudiantes diseñadores esperan que pueda viajar totalmente sumergido a través…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-35C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-35C Haga una lista y describa las tres condiciones necesarias para la similitud completa entre un modelo y un prototipo. 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 7-34C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-34C Haga una lista con los tres principales propósitos del análisis dimensional. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN ¿Te sirvió el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-33 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-33 Para medir la distribución de presión en el flujo del aire sobre un modelo de avión se emplea un túnel de viento (Fig. P7-33). La velocidad del aire en el túnel de viento es lo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-32 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-32 En un campo de flujo incompresible oscilatorio, la fuerza por unidad de masa que actúa sobre una partícula de fluido se obtiene a partir de la segunda Ley de Newton en forma intensiva (vea problema…

  SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-31 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-31 En el capítulo 9 se definirá la función de corriente c para flujo incompresible bidimensional en el plano xy, donde u y v son los componentes de velocidad en las direcciones x y y,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-30 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-30 En un campo de flujo compresible oscilatorio, la razón de deformación volumétrica no es cero, sino que varía con el tiempo siguiendo una partícula de fluido. En coordenadas cartesianas, esto se expresa como:Suponga que la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-29 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-29 Recuerde del capítulo 4 que la razón de deformación volumétrica es cero para un flujo incompresible estacionario. En coordenadas cartesianas esto se expresa como: Suponga que la velocidad y la longitud características para un campo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-28 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-28 Considere la ventilación de una habitación donde el aire está bien mezclado como en la figura P7-26. La ecuación diferencial para la concentración másica de un contaminante en la habitación como función del tiempo está…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-27C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-27C ¿Cuál es la principal razón para eliminar las dimensiones de una ecuación? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN ¿Te sirvió…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-26 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-26 Una importante aplicación de la mecánica de fluidos es el estudio de ventilación de habitaciones. En particular, suponga que existe una fuente S (masa por unidad de tiempo) de contaminación de aire en una habitación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-25 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-25 El Teorema de transporte de Reynolds (RTT, por sus siglas en inglés) se analizó en el capítulo 4. Para el caso general de un volumen de control en movimiento y/o deformante, el RTT se escribe…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-24 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-24 En una tubería entra agua fría y se calienta por medio de una fuente externa de calor (Fig. P7-24). Las temperaturas del agua de entrada y salida son Tentrada y Tsalida, respectivamente. La razón total…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-23 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-23 En el capítulo 9 se analizará la ecuación diferencial para la conservación de la masa, la ecuación de continuidad. En coordenadas cilíndricas, y para flujo estacionario: Escriba las dimensiones primarias de cada término aditivo en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-22 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-22 En el capítulo 4 se definió la razón de deformación volumétrica como la razón de aumento de volumen de un elemento de fluido por unidad de volumen (Fig. P7-22). En coordenadas cartesianas, la razón de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-21 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-21 La segunda Ley de Newton es el cimiento de la ecuación diferencial de la conservación de la cantidad de movimiento lineal (que se discutirá en el capítulo 9). En términos de la aceleración material que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-20 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-20 En el capítulo 4 se definió la aceleración material, que es la aceleración que sigue una partícula de fluido (Fig. P7-20), a) ¿Cuáles son las dimensiones primarias del operador gradiente → ? b) Verifique que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-19C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-19C Explique la Ley de homogeneidad dimensional con sus propias palabras. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-18I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-18I Busque en los apéndices de este libro y/o en su libro de termodinámica y encuentre tres propiedades o constantes no mencionadas en los problemas del 7-1 al 7-17. Haga una lista con el nombre de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-17 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-17 Busque en los apéndices de su libro de termodinámica y encuentre tres propiedades o constantes no mencionadas en los problemas del 7-1 al 7-16. Haga una lista con el nombre de cada propiedad o constante…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-16 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-16 Escriba las dimensiones primarias de cada una de las siguientes variables a partir del estudio de la transferencia de calor por convección (Fig. P7-16) y muestre todo el procedimiento: a) razón de generación de calor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-15 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-15 La conductividad térmica k es una medida de la capacidad de un material para conducir calor (Fig. P7-15). Para transferencia de calor por conducción en la dirección x a través de una superficie normal a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-14 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-14 Escriba las dimensiones primarias de cada una de las siguientes variables y muestre todo el procedimiento: a) calor específico a presión constante cp, b) peso específico rg, c) entalpía específica h. Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-13 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-13 La cantidad de movimiento angular, también llamado momento de cantidad de movimiento o simplemente momento angular (H → ), se forma con el producto cruz de un brazo de palanca (r →) y la cantidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-12 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-12 Escriba las dimensiones primarias de cada una de las siguientes variables, y muestre todo el procedimiento: a) aceleración a; b) velocidad angular v; c) aceleración angular a. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-11 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-11 Quizá usted esté familiarizado con la Ley de Ohm para circuitos eléctricos (Fig. P7-11), donde E es la diferencia de voltaje o potencial a través del resistor, I es la corriente eléctrica que pasa a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 7-10 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 7-10 ¿Cuáles son las dimensiones primarias del voltaje eléctrico (E)? (Sugerencia: use el hecho de que la potencia eléctrica es igual a voltaje por corriente.) Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…