Capítulo 03. Relaciones integrales para un volumen de control

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.106 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.106.Extienda el Problema P3.104 al caso en el que el cohete tiene una fuerza de resistencia del aire cuadrática F = kV2 , donde k es una constante. Suponga que el cohete no se apaga, resuelva…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.105 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.105.Extienda el Problema P3.104 al caso en el que el cohete tiene una fuerza de resistencia del aire lineal F = cV, donde c es una constante. Suponga que el cohete no se apaga, resuelva para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.104 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.104.Un cohete está sujeto a una barra horizontal articulada en el origen, como se muestra en la Figura P3.104. Su masa inicial es M0 , y las propiedades en la salida son m Vs relativa al…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.103 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.103.Suponga que el cohete de combustible sólido del Problema P3.35 se monta sobre un carro de 1000 kg para propulsarlo sobre una larga pendiente de 15°. El motor cohete pesa 900 N, lo que incluye 500…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.102 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.102.Al igual que se observa en el fregadero de una cocina cuando cae sobre él el agua del grifo, un canal de agua a gran velocidad (V1 , h1 ) puede «saltar» a una condición de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.101 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.101.Modifique el Problema P3.100 para tener en cuenta la resistencia del misil F 5 CρD2 V2 , donde C 5 0,02, ρ es la densidad del aire, D es el diámetro del misil y V es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.100 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.100.Suponga que el cohete de combustible sólido del Problema P3.35 se instala en un misil de 70 cm de diámetro y 4 m de longitud. El sistema pesa 1800 N, que incluyen 700 N de propulsante.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.99 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.99.Considere que el cohete de la Figura E3.12 comienza a z = 0, con una velocidad de salida y flujo de masa constantes y que sube verticalmente con resistencia nula. (a) Demuestre que, mientras se siga…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.98 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.98.Considere una extensión del Ejemplo 3.10 en la que la placa y su carro (véase Figura 3.10a) no estén amarrados horizontalmente y la fricción en las ruedas sea nula. Obtenga (a) la ecuación del movimiento de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.97 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.97.Extienda el Problema P3.96 para incluir un esfuerzo de resistencia medio lineal (laminar) de la forma τ 5 8µV/D, donde µ es la viscosidad del fluido. Obtenga la ecuación diferencial para dV/dt y resuélvala para obtener…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.96 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.96.Extienda el Problema P3.90 al caso del movimiento de líquido en un tubo en U sin fricción cuya columna líquida se desplaza una altura Z para después soltarse, como se representa en la Figura P3.96. Desprecie…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.95 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.95.Obtenga una solución numérica del Problema P3.93 con aceite a 20 °C. Tome h = 20 cm, L = 15 cm y D = 4 mm. Con mercurio el flujo será turbulento, por lo que los…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.94 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.94.Obtenga una solución numérica del Problema P3.93 con aceite SAE 30 a 20 °C. Tome h = 20 cm,L = 15 cm y D = 4 mm. Use la aproximación de esfuerzo laminar de la Sección…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.93 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.93.Extienda el Problema P3.92 para incluir un esfuerzo de resistencia medio lineal (laminar) de la forma τ 5 cV, donde c es una constante. Obtenga una ecuación diferencial para dV/dt y resuélvala para V(t), suponiendo por…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.92 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.92.Una versión más complicada del Problema P3.90 es el tubo acodado de la Figura P3.92, con una sección transversal de área A y diámetro D h, L. Suponiendo flujo incompresible y despreciando la fricción, obtenga una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.91 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.91.Extienda el Problema P3.90 para incluir un esfuerzo medio de resistencia sobre la pared con la forma lineal (laminar) τ 5 cV, donde c es una constante. Obtenga la ecuación diferencial para dV/dt y resuélvala para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.90 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.90.Como se muestra en la Figura P3.90, una columna de líquido de altura h está confinada mediante un tapón en un tubo vertical de sección transversal A. En t = 0 sequita bruscamente el tapón, exponiendo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.89 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.89.Considere la Figura P3.36 como un problema general para el análisis de una bomba de eyección. Si todas las condiciones (p, ρ, V) son conocidas en las secciones 1 y 2 y si la fricción en…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.87 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.87.La Figura P3.87 simula el movimiento en un colector en el que se extrae flujo a través de una sección porosa o perforada de la pared. Suponga un flujo incompresible, con fricción en la pared despreciable…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.86 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.86.Añada los siguientes datos en el flujo de la bomba de agua del Problema P3.36: p1 = p2 = 25 lbf/in2 y la distancia entre las secciones 1 y 3 es de 80 in. Si el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.85 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.85.Los orificios de la placa de la Figura P3.85 producen una gran caída de presión en el flujo de agua a 20 °C con 500 gal/min, un diámetro del conducto D = 10 cm y del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.84 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.84.Por un conducto de 25 cm de diámetro está circulando aire a 20 °C y 1 atm con 15 m/s. La salida es interrumpida por un cono de 90°, como muestra la figura P3.84. Estime la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.83 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.83.Por un conducto de 5 cm de diámetro está circulando gasolina a 20 °C con V1 = 12 m/s, cuando encuentra una sección 1 m de longitud con succión radial uniforme. Al final de esta región…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.82 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.82.El modelo de coche de la Figura P3.82 pesa 17 N y es acelerado desde el reposo por un chorro de agua de 1 cm de diámetro que se mueve a 75 m/s. Despreciando la resistencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.81 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.81.La idealización de Torricelli del flujo por un orificio en la cara de un depósito es V = 32gh, según se muestra en la Figura P3.81. El depósito cilíndrico pesa 150 N vacío y contiene agua…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.80 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.80.Un río de anchura b y profundidad h1 pasa sobre el obstáculo sumergido o «presa anegada» de la Figura P3.80, emergiendo en unas nuevas condiciones de flujo (V2 , h2 ). Desprecie la presión atmosférica y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.79 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.79.En la Figura P3.79 se muestra el flujo de aire a 20 °C y 1 atm incidiendo sobre un rotámetro cónico de 85° con un gasto másico de 0,3 kg/s. Este chorro es capaz de soportar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.78 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.78.Un chorro de diámetro D1 entra en la cascada de álabes móviles con una velocidad absoluta V1 y un ángulo β1 , abandonándola a una velocidad absoluta V2 y un ángulo β2 , tal y como…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.77 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.77.En la Figura P3.77 se presenta un conducto curvo de sección variable por el que circula de forma estacionaria agua a 20 °C. Sabiendo que las condiciones son p1 = 350 kPa, D1 = 25 cm,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.77 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.77.Una capa de agua bidimensional de 10 cm de espesor que se mueve a 7 m/s incide sobre una pared fija, inclinada 20° con respecto a la dirección del chorro. Suponiendo que se trata de un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.76 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.76.Una capa de agua bidimensional de 10 cm de espesor que se mueve a 7 m/s incide sobre una pared fija, inclinada 20° con respecto a la dirección del chorro. Suponiendo que se trata de un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.76 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.76.Un fluido incompresible se mueve de forma estacionaria a través del conducto de sección rectangular de la Figura P3.18. El perfil de velocidades está dado aproximadamente por (a) ¿Satisface este perfil las condiciones de contorno correspondientes…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.75 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.75.Un chorro de líquido de densidad ρ y área A incide sobre un bloque y se parte en dos chorros, como se muestra en la Figura P3.75. Suponga que los tres chorros tienen la misma velocidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.74 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.74.En la Figura P3.74 se representa un conducto de 6 cm de diámetro por el que fluye agua a 20 °C con un caudal de 300 gal/min. El flujo gira en la horizontal y sale radialmente…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.73 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.73.Una bomba en un depósito de agua a 20 °C dirige el chorro a 45 ft/s y 200 gal/min contra un álabe, como en la Figura P3.73. Calcule la fuerza F necesaria para mantener el carro…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.72 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.72.El cilindro elíptico de la Figura P3.72 crea una estela ideal aguas abajo de la corriente uniforme. La presión en las secciones de aguas arriba y abajo es aproximadamente igual y se trata de agua a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.71 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.71.Suponga que en el motor a reacción del Problema P3.50 se coloca un deflector como el de la Figura P3.71. ¿Cuál será ahora la reacción Rx sobre el banco? ¿Es esta reacción suficiente para servir de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.70 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.70.La draga de la Figura P3.70 está cargando arena (S = 2,6) sobre una barcaza. La arena sale del conducto de la draga a 4 ft/s con un flujo de peso de 850 lbf/s. Estime la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.69 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.69.Una placa rectangular uniforme de 40 cm de longitud y 30 cm de anchura está sujeta en el aire mediante una bisagra que la soporta en su parte superior (los 30 cm de anchura). La placa…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.68 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.68.El motor cohete de la Figura P3.68 tiene una salida supersónica, por lo que la presión en la salida ps no tiene por qué ser pa . Demostrar que la fuerza requerida para mantener el cohete…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.67 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.67.Una tolva está descargando grava, a un ritmo de 650 N/s, sobre una cinta transportadora en movimiento, como se muestra en la Figura P3.67. La grava se descarga al final de la cinta. Las ruedas de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.66 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.66.El depósito de la Figura P3.66 pesa 500 N vacío y contiene 600 l de agua a 20 °C. Los conductos 1 y 2 tienen un diámetro de 6 cm y un caudal de 300 m3…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.65 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.65.La caja de la Figura P3.65 tiene tres orificios de 0,5 in en su lado derecho. Los caudales de agua a 20 °C que se muestran son estacionarios, pero los detalles del interior son desconocidos. Calcule…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.64 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.64.El chorro de agua a 20 °C de 6 cm de diámetro de la Figura P3.64 incide sobre una placa que contiene un orificio de 4 cm de diámetro. Parte del chorro pasa a través del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.63 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.63.La esclusa de la Figura P3.63 puede controlar y medir el flujo en un canal abierto. En las secciones 1 y 2 el flujo es uniforme y la presión es la hidrostática. La anchura del canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.62 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.62.En la Figura P3.62 se presenta cómo agua a 20 °C sale a la atmósfera al nivel del mar a través de dos conductos. Las áreas de los conductos son A1 = 0,02 m2 y A2…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.61 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.61.Un chorro de agua a 20 °C incide sobre un álabe subido a un depósito dotado con ruedas sin fricción, como se muestra en la Figura P3.61. El chorro gira y cae en el depósito sin…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.60 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.60.Por el codo de la Figura P3.60 fluye agua a 20 °C que se descarga a la atmósfera. El diámetro del conducto es D1 = 10 cm, mientras que D2 = 3 cm. Cuando el flujo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.59 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.59.Cuando el flujo en un conducto se expande súbitamente de A1 a A2 , como se indica en la Figura P3.59, aparecen torbellinos de baja velocidad y baja fricción en las esquinas y el flujo se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.58 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.58.El depósito de agua de la P3.58 está colocado sobre un carro sin fricción y alimenta un chorro de 4 cm de diámetro con una velocidad de 8 m/s que se deflecta 60° por medio de…