Capítulo 03. Relaciones integrales para un volumen de control

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.56 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.56.El agua de la Figura P3.56 fluye de forma estacionaria a 20 °C a través de la caja representada, entrando por la sección (1) a 2 m/s. Calcule (a) la fuerza horizontal y (b) vertical que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.55 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.55.El chorro de la Figura P3.55 incide sobre un álabe que se mueve hacia la derecha con velocidad constante Va sobre un carro sin fricción. Calcule (a) la fuerza Fx que se requiere para sujetar el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.54 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.54.El flujo en el conducto de sección variable de la Figura P3.54 tiene D1 = 8 cm, D2 = 5 cm y p2 = 1 atm. Todos los fluidos se encuentran a 20 °C. Si V1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.53 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.53.Se considera el flujo incompresible a la entrada de un conducto circular de la Figura P3.53. El flujo en la entrada es uniforme u1 = U0 . El flujo en la sección 2 es el flujo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.52 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.52.La puerta vertical de un canal de agua está parcialmente abierta, como se muestra en la Figura P3.52. Suponiendo que no hay cambio en el nivel de agua y una distribución de presión hidrostática, obtenga una…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.51 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.51.Un chorro líquido de velocidad Vc y área Ac incide sobre la paleta de 180° del rotor de una turbina que gira a velocidad Ω, como se muestra en la Figura P3.51. Obtenga una expresión para…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.50 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.50.El motor a reacción de un banco de ensayos representado en la Figura P3.50 toma aire a 20 °C y 1 atm por la sección 1, donde A1 = 0,5 m2 y V1 = 250 m/s.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.49 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.49.La tobera horizontal de la Figura P3.49 tiene D1 = 12 in y D2 = 6 in, con una presión en la entrada p1 = 38 lbf/in2 absoluta y V2 = 56 ft/s. Con agua a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.48 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.48.El pequeño barco de la Figura 3.48 es impulsado a velocidad V0 por un chorro de aire comprimido que sale de un orificio de 3 cm de diámetro a una velocidad de Vs = 343 m/s.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.47 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.47.El chorro líquido de diámetro Di y velocidad Vi incide sobre el cono hueco en reposo de la Figura P3.47, que lo deflecta hacia atrás como una capa cónica con igual velocidad. Determine el ángulo θ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.46 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.46.Cuando un chorro incide sobre una placa inclinada, como la de la Figura P3.46, se parte en dos chorros 2 y 3 de igual velocidad V = Vch pero con caudales diferentes: αQ en 2 y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.45 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.45.En la Figura P3.45, un peso sobre una plataforma son soportados por un chorro de agua estacionario. Si el peso total soportado es de 700 N, ¿cuál es la velocidad del chorro? Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.44 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.44.Cuando una corriente uniforme se mueve alrededor de un cilindro grueso, se crea una amplia estela de baja velocidad que se puede idealizar con un perfil en V como el de la Figura P3.44. Las presiones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.43 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.43.En la Figura P3.43 se presenta el flujo de agua a 20 °C a través de un conducto de 5 cm de diámetro que tiene una curva de 180°. La longitud total del conducto entre las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.42 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.42.Un líquido de densidad ρ fluye a través de la contracción de la Figura P3.42 y sale después a la atmósfera. Suponiendo condiciones uniformes (p1 , V1 , D1 ) en la sección 1 y (p2…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.41 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.41.El álabe de la Figura P3.41 hace que el chorro de agua dé la vuelta completamente. Obtenga una expresión Solución: Solución 1: Canal     CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO MECÁNICA DE…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.40 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.40.El chorro de agua de la Figura P3.40 incide perpendicularmente sobre una placa plana. Despreciando los efectos de la gravedad y la fricción, calcule la fuerza F en newtons que se requiere para mantener quieta la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.39 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.39.Una cuña divide una capa de agua a 20 °C según se muestra en la Figura P3.39. Tanto la cuña como la capa de agua son muy anchas. Si la fuerza requerida para mantener la cuña…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.38 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.38.El fluido incompresible de la Figura P3.38 está siendo aplastado entre dos grandes discos circulares por el movimiento uniforme con velocidad V0 del disco superior. Suponiendo que el flujo de escape es radial y unidimensional, use…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.37 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.37.Un cilindro sólido de acero de 4,5 cm de diámetro y 12 cm de longitud, con una masa de 1500 g, cae de forma concéntrica por un conducto vertical de 5 cm de diámetro que contiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.36 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.36.La bomba de chorro de la Figura P3.36 inyecta agua a U1 = 40 m/s a través de un conducto de 3 in y arrastra a un flujo de agua que tiene una velocidad U2 =…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.35 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.35.En contraste con el motor cohete de combustible líquido de la Figura P3.34, el motor cohete de combustible sólido de la Figura P3.35 es autónomo y no tiene conductos de entrada. Usando un análisis de volúmenes…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.34 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.34.El motor cohete de la Figura P3.34 opera en régimen estacionario. Los productos de la combustión salen por la tobera comportándose aproximadamente como un gas perfecto con un peso molecular de 28. Para las condiciones antes…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.33 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.33.En algunos túneles de viento, la sección de ensayos está perforada para succionar el fluido y reducir el espesor de la capa límite viscosa. La pared de la sección de ensayos de la Figura P3.33 contiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.30 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.30.El depósito en forma de V de la Figura P3.30 tiene una anchura b y se llena mediante un conducto con caudal Q. Obtenga una expresión para (a) la velocidad de cambio de altura dh/dt y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.31 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.31.Un fuelle se puede modelar como un volumen deformable con forma de cuña como el de la Figura P3.31. La válvula de la izquierda está cerrada mientras se cierra el fuelle. Si la anchura del sistema…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.29 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.29.En la teoría elemental de flujos compresibles (Capítulo 9), el aire comprimido de un depósito saldrá por un orificio con un gasto másico m · 5 Cρ, donde ρ es la densidad del aire en el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.28 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.28. De acuerdo con el teorema de Torricelli, la velocidad de un fluido que descarga por el orificio de un depósito es V 5 (2gh) 1/2, donde h es la altura de agua sobre el orificio, como…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.27 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.27.El cono truncado de la Figura P3.27 contiene un líquido incompresible con una altura h. Un pistón sólido dediámetro d penetra en la superficie con una velocidad V. Obtenga una expresión analítica para la velocidad de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.26 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.26.En la Figura P3.26 una fina capa de líquido se desplaza sobre un plano inclinado con un perfil de velocidades laminar u 5 U0 (2y/h – y2 /h2 ), donde U0 es la velocidad de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.25 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.25.Según se discutirá en los Capítulos 7 y 8, el flujo de una corriente uniforme U0 perpendicular a una placa plana crea tras ella una estela de baja velocidad. En la Figura P3.25 se presenta un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.24 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.24.En el cono de la Figura P3.24 está entrando agua con una velocidad media que aumenta linealmente con el tiempo V = Kt. Si d es muy pequeño, obtenga una fórmula analítica para la altura de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.23 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.23.La aguja hipodérmica de la Figura P3.23 contiene suero (S = 1,05). Si se tiene que inyectar este suero de forma estacionaria a 6 cm3 /s, ¿a qué velocidad en pulgadas por segundo debe avanzarse el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.22 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.22.La tobera convergente-divergente de la Figura P3.22 expande y acelera aire seco hasta hacerle alcanzar velocidades supersónicas en la salida, donde p2 = 8 kPa y T2 = 240 K. En la garganta, p1 = 284…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.21 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.21.Un deshumidificador toma aire saturado (100 por 100 de humedad relativa) a 30 °C y 1 atm, a través de una toma de 8 cm de diámetro y con una velocidad media de 3 m/s. Después…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.20 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.20.En la Figura P3.20 se presenta un flujo de aceite (S = 0,89) que entra a través de la sección 1 con un flujo de peso de 250 N/h para lubricar un cojinete de empuje. El…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.19 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.19    El agua de una tormenta fluye hasta caer sobre un lecho poroso que absorbe el agua a una velocidad vertical uniforme de 8 mm/s, como se muestra en la Figura P3.19. El sistema tiene…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.18 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.18.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 P3.17 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.17 El flujo compresible y estacionario entre dos placas paralelas de la Figura P3.17 es uniforme, u = U0 = 8 cm/s, mientras que aguas abajo el flujo pasa a tener el perfil laminar parabólico u…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.16 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.16 .Un fluido incompresible pasa sobre una placa plana impermeable como se muestra en la Figura P3.16, entrando con un perfil de velocidades uniforme u = U0 y saliendo con un perfil polinómico y 5 £…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.15 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.15 En la Figura P3.15 se presenta agua, considerada incompresible, fluyendo de forma estacionaria en un conducto de sección circular. La velocidad en la entrada es constante, u = U0 , y la velocidad en la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.14 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.14 El depósito abierto de la Figura P3.14 contiene agua a 20 °C y se está rellenando a través de la sección 1. Suponiendo flujo incompresible, obtenga una expresión analítica para el cambio de nivel del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.13 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.13 En la Figura P3.13 se presenta un flujo estacionario de 40 kg/s de agua a 20 °C a través de una tobera. Si D1 = 18 cm y D2 = 5 cm, calcule la velocidad…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.12 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.12 El flujo de la Figura P3.12 llena el depósito cilíndrico que se muestra. En el instante t = 0, la profundidad del agua del depósito es de 30 cm. Estime el tiempo requerido para llenar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.11 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.11 Una habitación contiene polvo con una concentración uniforme C = ρpolvo/ρ. La habitación se quiere limpiar introduciendo aire fresco con velocidad Vi a través de un conducto de área Ai sobre una pared y extrayendo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.10 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.10 En la Figura P3.10 se presenta agua fluyendo a través de un conducto de 8 cm de diámetro que entra en una sección porosa. Esta sección permite una velocidad radial uniforme vw a través de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.9 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.9 En un laboratorio se dispone de un depósito que contiene agua salada de salinidad S y densidad ρ. El agua entra en el depósito a las condiciones (S1 , ρ1 , A1 , V1 )…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.8 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.8 En la Figura P3.8 tres conductos descargan agua a 20 °C de forma estacionaria a un gran conducto de salida. La velocidad V2 = 5 m/s y el caudal de salida Q4 = 120 m3…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.7 Considere el flujo de una corriente uniforme U contra un cilindro circular de radio R como el de la Figura P3.7. En el Capítulo 8 se desarrolla una teoría aproximada para la distribución de velocidades…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 1 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P3.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 1 EDICIÓN. P3.6 Cuando un chorro de líquido escapa por el orificio de un depósito impulsado sólo por la fuerza de la gravedad, como el de la Figura P3.6, la distribución de velocidad en la salida se puede…