Capítulo 03. Relaciones integrales para un volumen de control

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.156 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.156.Un ultraligero vuela a 75 mi/h en atmósfera estándar al nivel del mar. Un transductor de presión diferencial conectado entre el morro y un lado del ultraligero mide 950 Pa. Estime (a) la presión absoluta en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.155 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.155.El tratado de hidrodinámica de Bernoulli, de 1738, contiene muchos esquemas excelentes de flujos relacionados con su relación sin fricción. Uno de ellos, representado en la Figura P3.155, parece físicamente erróneo. ¿Podría explicar dónde puede estar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.154 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.154.La boquilla de salida de la Figura P3.154 es horizontal. Si las pérdidas son despreciables, ¿cuál debe ser el nivel de agua h en centímetros para el que el chorro salve la pared? Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.153 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.153.Use la ecuación de Bernoulli para obtener una fórmula de la distancia X a la que el chorro del depósito de la Figura P3.153 llega al suelo, como función de h y H. ¿Para qué cociente…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.152 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.152.El chorro libre de líquido de la Figura P3.152 está a una presión ambiente constante y tiene unas pérdidas muy pequeñas, por lo que la ecuación de Bernoulli z + V2 /(2g) es constante a lo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.151 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.151.En la Figura P3.151 se presenta el flujo de aire a través de una tobera circular por la que sale en forma de chorro para incidir sobre una placa. La fuerza necesaria para mantener quieta la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.150 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.150.Un perfil en ángulo de ataque α, como el de la Figura P3.150, produce sustentación por efecto Bernoulli, ya que la superficie inferior reduce la velocidad del flujo (alta presión) y la superior la aumenta (baja…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.149 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.149.Un chorro de alcohol incide sobre la placa vertical de la Figura P3.149. Se necesita una fuerza F 5 425 N para mantener la placa estacionaria. Suponiendo que no hay pérdidas en la tobera, estime (a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.148 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.148.Analice de nuevo el Problema P3.54 para estimar la lectura h del manómetro si se considera válida la ecuación de Bernoulli sin pérdidas. Para la lectura h 5 58 cm del Problema P3.54, ¿cuál es la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.147 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.147.Repita el Problema P3.49 suponiendo que p1 es desconocida y empleando la ecuación de Bernoulli sin pérdidas. Calcule la nueva fuerza en los tornillos con esta hipótesis. ¿Cuál es la pérdida de carga entre 1 y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.146 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.146.La bomba de la Figura P3.146 mueve queroseno a 20 °C a 2,3 ft3 /s. La pérdida de carga entre 1 y 2 es de 8 ft y la bomba proporciona al flujo 8 hp de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.145 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.145.La turbina de la Figura P3.145 utiliza el flujo del río canalizado bajo la presa, según se muestra. Las pérdidas del sistema por fricción son hƒ = 3,5V2 /(2g), donde V es la velocidad media en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.144 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.144.La bomba de la Figura P3.144 crea un chorro de agua a 20 °C orientado de forma que viaje la máxima distancia horizontal posible. La pérdida de carga en elsistema por fricción es de 6,5 m.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.143 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.143.El depósito aislado de la Figura P3.143 tiene que llenarse mediante el suministro de aire a alta presión. Las condiciones iniciales del depósito son T = 20 °C y p = 200 kPa. Cuando la válvula…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.142 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.142.Una bomba típica tiene una carga que, para una velocidad de rotación dada, varía con el caudal, dando una curva característica como la de la Figura P3.142. Suponiendo que el rendimiento de la bomba es del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.141 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.141.Desde el depósito inferior de la Figura P3.141 se bombea agua a 20 °C al depósito superior, con un caudal de 1500 gal/min. Las pérdidas en el conducto por fricción son aproximadamente hƒ 5 27V2 /(2g),…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.140 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.140.Una corriente de vapor entra en una turbina horizontal a una presión absoluta de 350 lbf/in2 , 580 °C y 12 ft/s y descarga a 110 ft/s y 25 °C en condiciones saturadas. El gasto másico…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.139 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.139.La bomba horizontal de la Figura P3.139 descarga agua a 20 °C con 57 m3 /h. Despreciando las pérdidas, ¿qué potencia en kilovatios proporciona la bomba al agua? Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.138 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.138.Los estudiantes del laboratorio de la Universidad de Penn utilizan un dispositivo muy simple para medir la viscosidad del agua como función de la temperatura. El viscosímetro, representado en la Figura P3.138, está formado por un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.137 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.137.Una bomba de bomberos saca agua del mar (S = 1,025) mediante un tubo sumergido y la descarga a través de una tobera, según se representa en la Figura P3.137. La pérdida total de carga es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.136 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.136.A través de un conducto de 8 cm de diámetro se transporta agua a 20 °C de un depósito a otro. La superficie del depósito inferior está a una altura z2 = 80 m. Las pérdidas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.135 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.135.El sistema bomba-turbina de la Figura P3.135 admite agua del depósito superior para proporcionar energía a la ciudad. Por la noche bombea agua del depósito inferior al superior para reestablecer la situación anterior. Para un caudal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.134 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.134.Un conducto de 36 in de diámetro transporta aceite (S = 0,89) con un caudal de 1 millón de barriles al día (bbl/día) (1 bbl = 42 galones U.S.). La pérdida de carga por fricción es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.133 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.133.El conducto de la Figura P3.133 está lleno de agua a 20 °C. Cuando la válvula A está cerrada, p1 – p2 = 75 kPa. Cuando la válvula está abierta y el agua fluye a 500…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.132 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.132.Considere una turbina que extrae energía del salto hidráulico de la presa de la Figura P3.132. Para un flujo turbulento en un conducto (Capítulo 6) la pérdida de carga por fricción es de aproximadamente hƒ =…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.131 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.131.Cuando la bomba de la Figura P3.130 proporciona una potencia de 25 kW al agua, la pérdida de carga por fricción es de 4 m. Estime (a) la velocidad de salida Vs y (b) el caudal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.130 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.130.Cuando la bomba de la Figura P3.130 proporciona 220 m3 /h de agua a 20 °C desde el depósito, la pérdida total de carga por fricción es de 5 m. El flujo se descarga a la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.129 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.129.La cascada de Multnomah en el barranco del río Columbia tiene una caída de 543 ft. Estime el cambio de temperatura en el agua en °F causada por la caída, empleando la ecuación de la energía…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.128 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.128.Si para las condiciones del Problema P3.127, la planta de potencia no puede calentar el agua a más de 12 °C, ¿cuál será el caudal mínimo Q en metros cúbicos por segundo a través del cambiador…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.127 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.127.Una central térmica situada en un río, según se muestra en la Figura P3.127, debe eliminar 55 MW de calor a la corriente. Las condiciones aguas arriba del río son Qe = 2,5 m3 /s y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.126 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.126.A través del dispositivo de la Figura P3.126 fluye agua a 20 °C. Los efectos de transferencia de calor, gravedad y temperatura son despreciables. Son conocidos D1 = 9 cm, Q1 = 220 m3 /h, p1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.125 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.125.Un líquido de densidad ρ fluye por un codo de 90° como se muestra en la Figura P3.125 y sale verticalmente a través de una sección uniformemente porosa de longitud L. Despreciando el peso de líquido…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.124 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.124.El brazo rotatorio de un lavavajillas proporciona agua a 60 °C a seis boquillas, como en la Figura P3.124. El caudal total es de 3,0 gal/min. Cada boquilla tiene un diámetro de 3/16 in. Si el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.123 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.123.La turbina de agua de la Figura P3.123 está siendo impulsada a 200 rpm por un chorro de agua a 20 °Ccon 150 ft/s. El diámetro del chorro es 2,5 in. Suponiendo que no hay pérdidas,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.122 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.122.Extienda el Problema P3.46 al cálculo del centro de presiones L de la fuerza normal Fn , según se representa en la Figura P3.122. (En el centro de presiones no se requiere momento para mantener la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.121 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.121.El tubo acodado de la Figura P3.121 tiene D1 = 27 cm y D2 = 13 cm. Por él circulan 4000 gal/min de agua a20 °C con p1 = 194 kPa (manométrica). Calcule el momento requerido…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.120 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.120..El rotor de una bomba centrífuga proporciona 4000 gal/min de agua a 20 °C con una velocidad de rotación del eje de 1750 rpm. Desprecie las pérdidas. Si r1 = 6 in, r2 = 14 in,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.119 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.119.Revise la cascada de álabes de turbina del Problema P3.78 y obtenga una fórmula para la potencia producida P usando el teorema del momento cinético de la Ecuación (3.55). Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.118 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.118.Invierta el flujo de la Figura P3.116 de forma que el sistema funcione como una turbina de flujo radial. Suponiendo que el flujo que sale por la sección 1 no tiene velocidad tangencial, obtenga una expresión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.117 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.117.Una turbomáquina simple está construida mediante un disco con dos conductos internos que salen tangencialmente a través de dos orificios cuadrados, como se muestra en la Figura P3.117. Un flujo de agua a 20 °C entra…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.116 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.116.La bomba centrífuga de la Figura P3.116 tiene un caudal Q que abandona el rotor con un ángulo θ2 relativo a los álabes, según se muestra. El fluido entra axialmente en la sección 1. Suponiendo un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.115 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.115.Por el conducto doblemente acodado de 0,75 in de diámetro de la Figura P3.115 circula agua a 20 °C con un caudal de 30 gal/min. Las presiones son p1 = 30 lbf/in2 y p2 = 24…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.114 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.114.El aspersor de la Figura P3.114 recibe agua a 20 °C a través de su centro a 2,7 m3 /h. Si la fricción del cuello es despreciable, ¿cuál es la velocidad de rotación estacionaria en revoluciones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.113 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.113.Modifique el Ejemplo 3.14 de forma que el brazo comienza en reposo y acelera hasta su velocidad angular final. El momento de inercia del brazo alrededor de O es IO. Despreciando la resistencia del aire, encuentre…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.112 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.112.La unión en «Y» de la Figura P3.112 divide el flujo del conducto en dos de igual caudal Q/2, que salen, como se muestra, a una distancia R0 del eje. Desprecie la gravedad y la fricción.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.111 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.111.Encuentre el momento que se produce en la abrazadera 1 del Problema P3.60 si el punto de salida 2 está 1,2 m por debajo del centro de la abrazadera. Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.110 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.110.El aspersor de la Figura P3.110 tiene un caudal de agua de 4,0 gal/min introducida verticalmente por su centro. Estime (a) el momento resistente que se requiere para evitar que los brazos giren y (b) la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.109 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.109.Aplique el Problema P3.108 al siguiente caso: Mtotal = 900 kg, b = 60 cm, h = 2 cm y V0 = 120 m/s, con el cohete del Problema P3.35 en funcionamiento. Estime V tras 3…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.108 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.108.El trineo de la Figura P3.108 está propulsado por un cohete, tiene una masa M y se decelera mediante una pala de anchura b perpendicular al papel, que se sumerge en el agua hasta una profundidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.107 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.107.El carro de la Figura P3.107 se desplaza con una velocidad constante V0 = 12 m/s y toma agua con una pala de 8 cm de ancho que entra h = 2,5 cm en un estanque.…