Capítulo 03. Relaciones integrales para un volumen de control

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA D3.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. D3.1.Generalicemos los problemas P3.141 y P3.142, en los que se usó la curva característica de una bomba para determinar el caudal entre dos depósitos. La bomba particular de la Figura P3.142 pertenece a una familia de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE3.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. PE3.5.Despreciar la fricción a veces da lugar a resultados erróneos. Se pide que analice y discuta el ejemplo de la Figura PE3.5. Un ventilador sopla aire en un conducto desde la sección 1 a la sección…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE3.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. PE3.4.El flujo de aire que se da bajo un disco de hockey sobre aire es muy complejo, especialmente porque los chorros de aire de la mesa inciden sobre el disco en puntos no simétricos. Una aproximación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE3.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. PE3.3.Suponiendo que el mismo chorro estacionario de agua del Problema P3.40 (velocidad del chorro 8 m/s y diámetro del chorro 10 cm) incide en una cavidad como la de la Figura PE3.3. El agua gira 180°…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE3.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. PE3.2.Un depósito rígido de volumen
= 1,0 m3 está inicialmente lleno de aire a 20 °C y p0 = 100 kPa. En el instante t = 0, una bomba de vacío se conecta para sacar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE3.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. PE3.1.En un proceso industrial determinado, por el interior del conducto inclinado de la Figura PE3.1 circula aceite de densidad ρ. Un manómetro de tubo en U, con un fluido de densidad ρm, mide la diferencia de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.10 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.10.Por el interior de un conducto liso de 6 cm de diámetro circula agua que entra en un venturi con un diámetro en la garganta de 4 cm. La presión aguas arriba es de 120 kPa.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.9 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.9.Por el interior de un conducto liso de 6 cm de diámetro circula agua que entra en un venturi con un diámetro en la garganta de 3 cm. La presión aguas arriba es de 120 kPa.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.8 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.8.Una bomba de bomberos proporciona agua a una tobera vertical con una relación de diámetros de 3:1, como se muestra en la Figura FE3.6. Si se desprecia la fricción en el conducto y la tobera, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.6.Una bomba de bomberos proporciona agua a una tobera vertical con una relación de diámetros de 3:1, como se muestra en la Figura FE3.6. Si se desprecia la fricción y el caudal es de 500 gal/min,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.5.Un chorro de agua de 3 cm de diámetro incide perpendicularmente sobre una placa, como se muestra en la Figura FE3.5. Si la fuerza requerida para mantener la placa es de 23 N, ¿cuál es la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.4.En la Figura FE3.1 se presenta una tobera por la que sale agua a una presión atmosférica de 101 kPa. Si el fluido del manómetro tiene una densidad relativa de 1,6 y h = 66 cm,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.3.En la Figura FE3.1 se presenta una tobera por la que sale agua a una presión atmosférica de 101 kPa. Si la velocidad en la salida es V2 = 8 m/s y se desprecia la fricción,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.2.En la Figura FE3.1 se presenta una tobera por la que sale agua a una presión atmosférica de 101 kPa. Si el caudal es de 160 gal/min y se desprecia la fricción, ¿cuál es la presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE3.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. FE3.1.En la Figura FE3.1 se presenta una tobera por la que sale agua a una presión atmosférica de 101 kPa. Si el caudal es de 160 gal/min, ¿cuál es la velocidad media en la sección 1?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C3.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. C3.7.¿Cómo trabaja un sifón? ¿Hay limitaciones, tales como lo alto o bajo que se puede extraer agua de un depósito mediante un sifón? ¿Hasta cuándo es posible emplear un tubo flexible para llevar agua de un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C3.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. C3.6.Coloque una pelota de tenis de mesa en un embudo y conecte la parte estrecha del embudo a un ventilador. Probablemente no sea capaz de soplar la pelota fuera del embudo. Explique cuál es la razón.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C3.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. C3.5.Se considera un conducto de desagüe parcialmente lleno de agua, inclinado un ángulo θ. Antoine Chézy determinó en 1768 que la velocidad media del flujo en un canal de este tipo debería ser V 5 C3R…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C3.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. C3.3.Se considera el flujo de agua por gravedad a través de un conducto corto que conecta dos depósitos cuyas superficies tienen una diferencia de altura ∆z. ¿Por qué la ecuación de Bernoulli incompresible produce resultados absurdos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C3.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. C3.2.Se desea estimar el caudal Q en un conducto midiendo la velocidad axial u(r) en ciertos puntos. Por motivos de coste sólo se puede realizar medidas en tres puntos. ¿Cuál es la mejor distribución radial de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C3.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. C3.1.Obtenga una forma de volumen de control para la segunda ley de la termodinámica. Sugiera algunos usos prácticos de esta relación en el análisis de flujos reales. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.185 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.185.Un flujo de agua a 20 °C se mueve por un conducto cónico vertical a 163 m3 /h. El diámetro de la entrada es de 12 cm y se reduce linealmente en 3 mm por cada…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.184 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.184.En el sistema del Problema P3.183 la bomba proporciona 65 gal/min a la atmósfera a través de un conducto de 3 cm de diámetro sin cavitación cuando x = 3 m, y = 2,5 m y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.183 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.183.La bomba de la Figura P3.183 extrae gasolina a 20 °C de un depósito. Se pueden producir problemas en la bomba si el líquido llega a vaporizarse (cavita) antes de entrar en ella. (a) Despreciando las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.182 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.182.La forma incompresible de la ecuación de Bernoulli (3.77) sólo es precisa cuando el número de Mach es inferior a 0,3. A velocidades superiores se deben tener en cuenta las variaciones de densidad. La hipótesis más…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.181 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.181.Modifique el Problema P3.180 suponiendo que la parte superior del depósito está cerrada y se encuentra a una presión manométrica constante p0 . Repita el análisis para encontrar V(t) en el conducto. Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.180 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.180.El depósito de la Figura P3.180 contiene un fluido incompresible que se encuentra en reposo cuando su válvula se abre a la atmósfera. Suponiendo que h 5 constante (velocidades y aceleraciones despreciables en el depósito), use…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.179 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.179.Un depósito cilíndrico de diámetro D contiene líquido hasta una altura inicial h0 . En el instante t = 0 se quita de su fondo un pequeño tapón de diámetro d. Obtenga, empleando la ecuación de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.178 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.178.Las características del flujo del canal de la Figura P3.178 son: h1 = 0,45 ft, H = 2,2 ft y V1 = 16 ft/s.Despreciando las pérdidas y suponiendo un flujo uniforme entre las secciones 1 y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.177 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.177.Las características del flujo del canal de la Figura P3.177 son: h1 = 1,5 m, H = 4 m y V1 = 3 m/s. Despreciando las pérdidas y suponiendo un flujo uniforme entre las secciones 1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.176 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.176.El flujo del aliviadero de la Figura P3.176 se asume uniforme e hidrostático entre las secciones 1 y 2. Si se desprecian las pérdidas, calcule (a) V2 y (b) la fuerza del agua sobre el rebosadero…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.175 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.175.Si la velocidad del flujo en un canal no es muy grande, un obstáculo en su fondo produce una disminución ∆ hdel nivel del agua. En la Figura P3.175 se presenta un caso en el que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.174 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.174.El pistón de la Figura P3.174 impulsa agua a 20 °C. Si se desprecian las pérdidas, estime la velocidad en la salida V2 en pies por segundo. Si D2 es un estrechamiento posterior, ¿cuál es el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.173 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.173.La «Y» horizontal de la Figura P3.173 divide el flujo de agua a 20 °C en dos caudales iguales. Si Q1 = 5 ft3 /s, p1 = 25 lbf/in2 (manométrica) y se desprecian las pérdidas, estime…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.172 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.172.El flujo de agua a 35 °C de la Figura P3.172 descarga en atmósfera estándar a nivel del mar. Si se desprecian las pérdidas, ¿cuál es el diámetro D para el que comenzará a producirse la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.171 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.171.Estime el caudal de agua a 40 °C que existe en el conducto de la Figura P3.171, suponiendo que no existen pérdidas. Explique entonces dónde está el error en la hipótesis anterior. Si el caudal real…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.170 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.170.Si se desprecian las pérdidas en el flujo de la Figura P3.170, ¿cuál es el nivel del agua h en el que la garganta de la tobera comenzará a cavitar? Solución: Solución 1: Canal    …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.169 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.169.El sifón de la Figura P3.169 funciona continuamente mientras haya fluido en el depósito, una vez se le ha proporcionado la succión suficiente. Empleando la ecuación de Bernoulli sin pérdidas, demuestre que (a) la velocidad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.168 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.168.Los dos fluidos de la Figura P3.168 están a 20 °C. Si V1 = 1,7 ft/s y se desprecian las pérdidas, ¿cuál debería ser la altura h en ft? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.167 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.167.El fluido de la Figura P3.167 es gasolina a 20 °C que fluye con un caudal de peso de 120 N/s. Suponiendo que no hay pérdidas, estime la presión manométrica en la sección 1. Solución: Solución…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.166 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.166.Un túnel de viento de circuito abierto toma aire estándar a nivel del mar y lo acelera a través de una contracción en una sección de ensayos de 1 m por 1 m. Untransductor diferencial instalado…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.165 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.165.El venturi calibrado de la Figura P3.165 es un estrechamiento diseñado cuidadosamente de forma que su diferencia de presiones es una medida del caudal en el conducto. Empleando la ecuación de Bernoulli para un flujo estacionario…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.164 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.164..En la Figura P3.164 se representa un chorro de agua a 20 °C que descarga en aire al nivel del mar a través de una tobera, incidiendo sobre un tubo de remanso. Si la presión en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.163 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.163.El líquido de la Figura P3.163 es keroseno a 20 °C. Estime el caudal del depósito en el caso de que (a) no haya pérdidas y (b) la pérdidas en el conducto sean hƒ 5 4,5V2…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.162 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.162.Supongamos que usted está diseñando una mesa de hockey sobre aire. La mesa tiene unas dimensiones de 3,0 × 6,0 ft y orificios de 1/16 in de diámetro equiespaciados 1 in, con un número total de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.161 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.161.El estrechamiento de un conducto, denominado venturi, produce baja presión en la garganta, lo que le permite aspirar fluido de un depósito, como se muestra en la Figura P3.161. Mediante la ecuación de Bernoulli, obtenga una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.160 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.160.El hovercraft de la Figura P3.160 toma aire estándar al nivel del mar a través de un ventilador y lo descarga a gran velocidad a través de unos faldones anulares que dejan un hueco de 3…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.159 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.159.Nuestra manguera de 0,625 in de diámetro es demasiado corta y su boquilla de salida de 0,375 in de diámetro se encuentra a 125 ft de distancia del jardín. Si se desprecian las pérdidas, ¿cuál es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.158 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.158.El fluido de la Figura P3.158 es CO2 a 20 °C. Desprecie las pérdidas. Si p1 = 170 kPa y el fluido del manómetro es aceite rojo Meriam (S = 0,827), estime (a) p2 y (b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.157 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.157.El fluido de trabajo del manómetro de la Figura P3.157 es mercurio. Estime el gasto volumétrico en el tubo si el fluido que circula por él es (a) gasolina y (b) nitrógeno, a 20 °C y…