Capítulo 09. Análisis diferencial de flujo de fluidos

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-119 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-119 Un bloque se desliza por una larga pared inclinada recta con la velocidad V, montado sobre una delgada película de aceite de un grosor h (Fig. P9-119). El peso del bloque es W y su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-118 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-118 Fluye agua por una larga tubería inclinada recta de diámetro D y longitud L (Fig. P9-118). No hay gradiente de presión forzado entre los puntos 1 y 2; en otras palabras, el agua fluye a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-117 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-117 Busque la definición de la ecuación de Poisson en algún libro de matemáticas o en la Internet. Escriba la ecuación de Poisson en forma estándar. ¿En qué se parece la ecuación de Poisson a la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-116 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-116 Aproxime el flujo del aire en el accesorio de piso de una aspiradora mediante la función de corriente en el plano central (el plano xy) en coordenadas cilíndricas, donde L es la longitud del dispositivo,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-115I MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-115I Un grupo de estudiantes diseña un pequeño túnel de viento redondo (axisimétrico) de baja velocidad para su proyecto de diseño (Fig. P9-115I). Su diseño exige que la componente axial de velocidad aumente linealmente en la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-114 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-114 Una capa límite es una delgada región cerca de una pared en la que las fuerzas viscosas (de fricción) son muy importantes debido a la condición de frontera de no-deslizamiento. En la figura P9-114 se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-113 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-113 Para cada una de las ecuaciones mencionadas, escriba la ecuación en forma vectorial y decida si es lineal o no-lineal. Si es no-lineal, ¿qué término(s) la hacen así?: a) ecuación de continuidad de flujo incompresible,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-112 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-112 Roberto usará un paquete de dinámica de fluido computacional para modelar flujo estacionario de un fluido incompresible a través de una contracción bidimensional súbita como se ilustra en la figura P9-112. La altura del canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-111 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-111 Simplifique la ecuación de Navier-Stokes, tanto como sea posible, para el caso de hidrostática incompresible, con la gravedad que actúa en la dirección z negativa. Comience con la forma vectorial de flujo incompresible de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-110 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-110 Simplifique la ecuación de Navier-Stokes, tanto como sea posible, para el caso de un líquido incompresible que se acelera como un cuerpo rígido en una dirección arbitraria (Fig. P9-110). La gravedad actúa en la dirección…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-109 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-109 Considere el siguiente campo de velocidad tridimensional estacionario en coordenadas cartesianas: V → (u, v, w) (axz2  by)i →  cxyzj→  (dz3  exz2)k → , donde a, b, c, d y e…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-108 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-108 Considere flujo bidimensional estacionario incompresible en el plano xz en vez del plano xy. En la figura P9-108 se muestran curvas de función de corriente constante. Las componentes de velocidad distintas de cero son (u,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-107 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-107 Para la película de aceite en el problema 9-106, calcule la razón de flujo volumétrico de aceite que se desliza por la pared por unidad de ancho V · /L como función de la velocidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-106 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-106 Repita el Ejemplo 9-17, excepto para el caso en el que la pared se mueve hacia arriba con velocidad V. Como comprobación, cerciórese de que su resultado concuerda con el del Ejemplo 9-17 cuando V 0.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-105C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-105C Comente la relación entre la razón de deformación volumétrica y la ecuación de continuidad. Base su comentario en definiciones fundamentales. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-104C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-104C Para cada enunciado, elija si el enunciado es verdadero o falso y explique su respuesta con brevedad. Para cada enunciado se supone que se conocen las condiciones de frontera adecuadas y las propiedades del fluido.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-103C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-103C Haga una lista de los seis pasos que se siguieron para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes y de continuidad para flujo incompresible con propiedades de fluido constante (debe ser capaz de hacer esto sin revisar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-102C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-102C Para cada parte, escriba el nombre oficial para la ecuación diferencial, explique sus restricciones y describa qué representa la ecuación físicamente. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-101C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-101C Explique por qué la aproximación de flujo incompresible y la aproximación de temperatura constante usualmente van de la mano. 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 9-100 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-100 Considere flujo laminar estacionario incompresible de un fluido newtoniano en una tubería redonda de longitud infinita y diámetro D o radio R D/2 inclinado un ángulo a (Fig. P9-100). No hay gradiente de presión aplicado…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-99 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-99 Considere una forma modificada del flujo de Couette en el que existen dos fluidos colocados entre dos placas planas paralelas de largo y ancho infinito (Fig. P9-99). El flujo es estacionario, incompresible, paralelo y laminar.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-98 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-98 Repita el problema 9-97, excepto que se intercambian las paredes en reposo y en movimiento. En especial, considere que la pared interior está en reposo y la pared de la tubería exterior se mueve con…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-97 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-97 Considere de nuevo el anillo de tubería que se bosquejó en la figura P9-96. Suponga que la presión es constante en todas partes (no hay gradiente de presión forzado que dirija el flujo). Sin embargo,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-96 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-96 Considere flujo laminar estacionario incompresible de un fluido newtoniano en un anillo de tubería redonda de largo infinito con radio interior Ri y radio exterior Ro (Fig. P9-96). Ignore los efectos de la gravedad. En…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-95 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-95 Analice y comente un caso límite del problema 9-94 en el que no existe cilindro interior (Ri vi 0). Genere una expresión para uu como función de r. ¿Qué tipo de flujo es éste? Describa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-94 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-94 Repita el problema 9-92 para el caso más general. A saber, el cilindro interior rota a velocidad angular vi y el cilindro exterior rota a velocidad angular vo. Todo lo demás es igual que en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-93 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-93 Analice y comente dos casos límite del problema 9-92: a) La brecha es muy pequeña. Demuestre que el perfil de velocidad se aproxima a lo lineal desde la pared del cilindro exterior hasta la pared…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-92 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-92 Un líquido newtoniano incompresible está confinado entre dos cilindros circulares un cilindro sólido interior de radio Riy un cilindro exterior en reposo hueco de radio Ro (figura P9- 92; el eje z está normal hacia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-91 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-91 Los primeros dos términos viscosos en la componente u de la ecuación de Navier-Stokes (ecuación 9-62c) son Expanda esta expresión, tanto como sea posible, con el uso de la regla del producto, y produzca tres…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-90 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-90 Para la película de aceite en el problema 9-89, genere una expresión para la razón de flujo volumétrico de aceite que se desliza por la pared por unidad de ancho ( ) como función de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-89 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-89 Repita el ejemplo 9-17, excepto para el caso en el que la pared está inclinada un ángulo a (Fig. P9-89). Genere expresiones para los campos de presión y de velocidad. Como comprobación, verifique que su…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-88 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-88 Para el fluido que se desliza entre dos paredes verticales paralelas (problema 9-87) genere una expresión para la razón de flujo volumétrico por unidad de ancho ( ) como función de r, m, h y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-87 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-87 Considere el flujo estacionario incompresible paralelo laminar de un fluido viscoso que se desliza entre dos paredes verticales infinitas (Fig. P9-87). La distancia entre las paredes es h y la gravedad actúa en la dirección…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-86 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-86 Considere el campo de velocidad bidimensional estacionario incompresible V → (u, v) (ax  b)i →  (ay  c)j → , donde a, b y c son constantes. Calcule la presión como función de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-85 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-85 Considere flujo bidimensional estacionario incompresible debido a un torbellino lineal/sumidero en espiral con centro en el eje z. En la figura P9-85 se muestran las líneas de corriente y los vectores de velocidad. El campo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-84 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-84 Considere el siguiente campo de velocidad bidimensional estacionario incompresible: V → (u, v) (ax2)i →  (2axy)j → , donde a es una constante. Calcule la presión como función de x y y. Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-83 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-83 Considere el siguiente campo de velocidad bidimensional estacionario incompresible: V → (u, v) (ax  b)i →  (ay  cx2)j → , donde a, b y c son constantes. Calcule la presión como función de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-82 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-82 Aceite de motor a T 60°C se fuerza entre dos placas planas paralelas muy grandes y en reposo, separadas por una delgada brecha de altura h 2.5 mm (Fig. P9-82). Las dimensiones de las placas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-81 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-81 La componente ru del tensor de esfuerzo viscoso en coordenadas cilíndricas está dada por:En lugar de ello, algunos autores escriben esta componente como: ¿Son iguales? En otras palabras, ¿la ecuación 2 equivale a la ecuación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-80 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-80 Considere líquido en un tanque cilíndrico. Tanto el tanque como el líquido rotan como un cuerpo rígido (Fig. P9-80). La superficie libre del líquido está expuesta a aire ambiente. Los efectos de tensión superficial son…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-79 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-79 Repita el problema 9-78, pero desde un marco de referencia que rote con las aspas de la batidora a velocidad angular v Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-78 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-78 Una batidora mezcla químicos líquidos en un gran tanque (Fig. P9-78). La superficie libre del líquido se expone a aire ambiente. Los efectos de tensión superficial son despreciables. Explique las condiciones de frontera necesarias para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-77C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-77C Defina o describa cada tipo de fluido: a) fluido viscoelástico, b) fluido seudoplástico, c) fluido dilatante, d) fluido plástico de Bingham. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-76C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-76C ¿Cuál es la principal diferencia entre un fluido newtoniano y un fluido no-newtoniano? Mencione al menos tres fluidos newtonianos y tres fluidos no-newtonianos. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-75C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-75C ¿Qué es presión mecánica Pm y cómo se usa en una solución de flujo incompresible? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-74C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-74C ¿Qué son las ecuaciones constitutivas y a qué ecuación de mecánica de fluidos se aplican? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-73C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-73C Un avión vuela a velocidad constante V → avión (Fig. P9-73C). Explique las condiciones de frontera para la velocidad de aire adyacente a la superficie del avión desde dos marcos de referencia: a) fijado sobre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-72C MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-72C La ecuación general de volumen de control para conservación de cantidad de movimiento lineal es: I II III IV Explique el significado de cada término en esta ecuación. Los términos se etiquetan por conveniencia. Escriba…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-71 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-71 El flujo bidimensional incompresible turbulento que se promedia en el tiempo sobre un bloque cuadrado de dimensión h 1 m se modela con un paquete comercial de dinámica de fluido computacional (CFD). En la figura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – CENGEL 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 9-70 MECÁNICA DE FLUIDOS CENGEL 1 EDICIÓN. 9-70 El flujo bidimensional estacionario incompresible sobre una pequeña ala recientemente diseñada, con longitud de cuerda c 9.0 mm, se modela con un paquete comercial de dinámica de fluido computacional (CFD). En la figura P9-70 se…