Dinámica de fluidos

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÀREA DE TECNOLOGÌA
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÌMICA
CATEDRA: FENÒMENOS DE TRANSPORTE
PROFESOR: Ing. Alejandro Proaño
 Numero de Reynolds y Radio Hidráulico.
1. Por una tubería de 10 cm. de diámetro de la refinería de Amuay, fluye aceite de gravedad
especifica S = 0.85 y viscosidad cinemática 1.8*10-5 m2/seg. a 0.05 L/seg. ¿El flujo es laminar o
turbulento?
2. Por una tubería de 4 in de diámetro fluye aceite con una viscosidad cinemática de 0.00018
ft2/seg. ¿Por debajo de que velocidad el flujo será laminar?
3. Por una tubería de 10 cm. de diámetro fluye aceite con una viscosidad cinemática de 0.142
Stoke. ¿Por debajo de que velocidad el flujo será laminar?
4. Por una tubería de 4 in de diámetro fluye aceite con una viscosidad cinemática de 0.004 ft2/seg.
a una velocidad de 13.5 ft/seg. ¿El flujo es laminar o turbulento?
5. ¿Cuál es el radio hidráulico de un conducto de aire rectangular de 9 in por 16 in?
6. ¿Cuál es la diferencia porcentual entre los radios hidráulicos de un conducto de 30 cm. de
diámetro y un conducto cuadrado de 30 cm. de lado?
 Ecuación de Continuidad.
7. Un gas fluye con flujo constante dentro de una tubería de 150 mm. de diámetro que se ensancha
hacia una tubería de 200 mm. de diámetro. a) En una cierta sección de la tubería de 150 mm. la
densidad del gas es 175 Kg/m3 y la velocidad 18 m/seg. En una sección dada de la tubería de
200 mm. la velocidad es 12 m/seg. ¿Cuál seria la densidad del gas en dicha sección? b) Si estos
mismos datos se dieran para el caso de flujo no estacionario en un instante dado, ¿seria posible
solucionar el problema?, discútalo.
8. Un gas fluye dentro de una tubería larga de 8 in de diámetro desde “A” hasta “B”, en la sección
“A” el flujo es 0.62 Lb/seg, mientras que en el mismo instante en la sección “B”, el flujo es
0.68 Lb/seg. la distancia entre “A” y “B” es de 750 ft. halle el valor medio de la velocidad de
cambio de peso específico del gas entre las secciones “A” y “B” en ese instante.
9. El agua fluye por un río. A las 8:00 am. el flujo por debajo del puente “A” es 2200 ft3/seg. En el
mismo instante el flujo por debajo del puente “B” es 1750 ft3/seg. ¿A que velocidad se esta
acumulando el agua en el río entre los dos puentes en ese instante? Suponga que no hay fugas y
que la evaporación es despreciable.
10. El agua fluye por un río. A las 9:00 am. el flujo por debajo del puente “A” es 58.4 m3/seg. En el
mismo instante el flujo por debajo del puente “B” es 42.7 m3/seg. ¿A que velocidad se esta
acumulando el agua en el río entre los dos puentes en ese instante? Suponga que no hay fugas y
que la evaporación es despreciable.
 Método de Tanteo.
11. Una tubería de hierro galvanizado de 20 in de diámetro y dos (2) millas de largo lleva 4 ft3/seg.
de agua a 60ºF. halle la perdida de carga por fricción: a) Utilizando el Diagrama de Moody,
junto con el Numero de Reynolds. b) Utilizando solo la calculadora, sin consultar el diagrama.
12. Por una tubería de acero soldado de 500 mm. de diámetro fluye agua a 20ºC. si el gradiente de
pérdidas por fricción es 0.006, determine el caudal: a) Utilizando el Diagrama de Moody. b)
Utilizando solo una calculadora, sin consultar el diagrama.
13. por una tubería de hierro galvanizado de 18000 ft de longitud se quiere transportar alcohol
etílico de viscosidad cinemática 2.3*10-5 ft2/seg. con un caudal de 135 gpm (galones por
minuto). Si la perdida de carga por fricción es de 215 ft, determine teóricamente el tamaño de
tubería requerido: a) Utilizando el Diagrama de Moody. b) Utilizando solo una calculadora, sin
consultar el diagrama.
14. Calcule la pérdida por fricción por 100 ft de tubería de 3 in de diámetro, para un Número de
Reynolds de 50000, si: a) El fluido es laminar (se puede conseguir trabajando con mucho
cuidado). b) El flujo es turbulento dentro de una tubería lisa. c) El flujo es turbulento dentro de
una tubería rugosa con e/D = 0.05. Considérese para los tres (3) casos, dos situaciones: Una,
donde el fluido es agua a 70ºF y otra donde el fluido es aceite <<SAE 10 (Western)>> a 150ºF.
15. Por una tubería de 3 in de diámetro (e = 0.001 in) se bombea petróleo de California que
previamente se ha calentado hasta que su viscosidad cinemática es igual a 0.0004 ft2/seg. y su
peso especifico es igual a 53.45 lb/ft3. a) Cuál seria la perdida de carga en lb/in2 por 1000 ft de
tubería para el caso de un flujo laminar en que Re = Re Critico = 2000? b)¿Cuál seria la perdida
de carga por 1000 ft si la velocidad fuera tres (3) veces mayor que el valor utilizado en el
apartado a)?
16. Por una tubería de hierro fundido de 4 in de diámetro y 80 ft de longitud fluye agua a 50ºF con
una perdida de carga de 0.27 ft. Determine el caudal.
17. Cuando a través de una tubería lisa de 20 cm. de diámetro fluye gasolina de viscosidad
cinemática 5*10-7 m2/seg. la perdida de carga es 0.43 por 100 m de tubería. Halle el caudal.
 Método de Resolución de Problemas de Tubería Única con Perdidas Locales.
18. Un chorro de agua de 3 in de diámetro se descarga a la atmósfera, desde una tubería de 8 in de
diámetro (f = 0.028) y de 500 ft de longitud, en un punto a 250 ft por debajo de la superficie del
agua en la entrada. La entrada de la tubería se produce con reentrada (K = 0.9), y la tobera tiene
un coeficiente de perdida de 0.045. Halle el caudal y la altura de presión en la base de la tobera.
19. Un chorro de agua de 6 in de diámetro se descarga a la atmósfera, desde una tubería de 18 cm.
de diámetro (f = 0.032) y de 150 m de longitud, en un punto a 80 m por debajo de la superficie
del agua en la entrada. La entrada de la tubería se produce con reentrada (K = 0.9), y la tobera
tiene un coeficiente de perdida de 0.055. Halle el caudal y la altura de presión en la base de la
tobera.
20. Una tubería horizontal de 4 in de diámetro (f = 0.028) se introduce en una masa de agua a una
profundidad de 2.5 ft por debajo de la superficie. Teniendo en cuenta todas las pérdidas, halle la
presión en un punto a 15 ft del extremo de la tubería si a velocidad es 12 ft/seg y el sentido del
flujo es: a) Hacia la masa de agua. b) Desde la masa de agua.
21. Una tubería horizontal de 10 cm. de diámetro (f = 0.027) se introduce en una masa de agua a
una profundidad de 1 m por debajo de la superficie. Teniendo en cuenta todas las pérdidas, halle
la presión en un punto a 5 m del extremo de la tubería si a velocidad es 4 m/seg y el sentido del
flujo es: a) Hacia la masa de agua. b) Desde la masa de agua.
22. Una tubería de 450 ft de longitud une dos embalses. Ambos extremos de la tubería están por
debajo del nivel del agua y la entrada tiene bordes vivos al ras de la pared. La diferencia entre
los niveles de agua de los dos embalses es 150 ft. a) ¿Cuál es el caudal de descarga si el
diámetro de la tubería es 12 in y f = 0.028? b) Cuando la misma tubería envejece, suponga que
debido a la formación de depósitos se reduce el diámetro a 11.25 in y que el valor de “f” cambia
a 0.06 ¿Cuál será el caudal en este caso?
 Método de Resolución de Problemas de Tuberías con una Bomba o una Turbina.
23. En este problema se supondrá que el Número de Reynolds es lo suficientemente alto como para
garantizar el flujo turbulento. Una bomba se sitúa 15 ft por encima de la superficie de un liquido
(γ = 52 Lb/ft3) dentro de un depósito cerrado. La presión en el espacio por encima de la
superficie del líquido es 5 psi. La línea de succión de la bomba es de una tubería de 50 ft de
longitud y 6 in de diámetro (f = 0.025). la línea de descarga de la bomba consiste en 200 ft de
tubería de 8 in de diámetro (f = 0.030). esta tubería descarga a través de un tubo sumergido
dentro de un depósito abierto cuya superficie libre se encuentra a 10 ft por debajo de la
superficie del líquido en el depósito a presión. Si la bomba suministra dos (2) caballos de
potencia al líquido, determine el caudal y halle la presión en la tubería en el lado de succión de
la bomba.
24. Una tubería de 80 in de diámetro (f = 0.025) y de 7252 ft de longitud suministra agua a una
central eléctrica en un punto que tiene una elevación 1500 ft menor que la superficie del agua
en la entrada. Cuando la tubería esta suministrando agua con un caudal de 450 ft3/seg, ¿Cuál es
la potencia suministrada a la central?
25. Una tubería (f = 0.020) tiene un diámetro de 10 in y una longitud de 3 millas. Si se pretende
bombear agua a 4 ft3/seg, con una subida real total de 25 ft, ¿Cuál será la potencia requerida? La
bomba tiene un rendimiento del 72%.
26. Una tubería (f = 0.025) tiene un diámetro de 2 cm. y una longitud de 4.7 Km. Si se pretende
bombear agua a 0.1 m3/seg, con una subida real total de 10.5 m, ¿Cuál será la potencia
requerida? La bomba tiene un rendimiento del 75%.
27. Una tubería de 12 in de diámetro y de 9200 ft de longitud (f = 0.024) descarga libremente al aire
en un punto a 18 ft por debajo de la superficie del agua en la entrada. Se pretende duplicar el
caudal insertando una bomba. Si la bomba tiene un rendimiento de 73%, ¿Cuál será la potencia
requerida?
28. Una tubería de 30 cm de diámetro y de 3400 m de longitud (f = 0.022) descarga libremente al
aire en un punto a 5.6 m por debajo de la superficie del agua en la entrada. Se pretende duplicar
el caudal insertando una bomba. Si la bomba tiene un rendimiento de 76%, ¿Cuál será la
potencia requerida?
29.
Agua
1m
6.5 m
0.9 m
K = 0.5
2.5 m
K = 0.1
CC = 0.9
K
5
La tubería que se muestra en la figura es de
plástico y tiene un diámetro de 10 cm. Por ella
circula un caudal de agua de 15 Lps (Litros por
segundo), cuya viscosidad cinemática es 1*10-6
m2/seg. ¿Cuál es el porcentaje de apertura de la
válvula, según el grafico adjunto?
CC = AContracción / ATubería
4
3
2
1
0
0
30.
122 ft
KTOTAL = 7.9
e = 0.0015 mm
D = 8 in
L = 430 m
Tubería de PVC
Agua
T = 20 ºC
20
40
60
80
Nota: Tanques a Presión
Atmosférica.
Calcule “Q”
31. En el sistema fluye agua a 20 ºC (ν = 1*10-6 m2/seg), a través de tuberías de hierro galvanizado
(e = 0.15 mm). Determine el caudal “Q”, V1, V2 y V3.
10 m
Agua
20ºC
1
3
2
100 %
L1 = 400 m
L2 = 150 m
L3 = 200 m
D1 = 300 mm
D2 = 200 mm
D3 = 250 mm
PATM
32.
100 ft
Agua
60 ºF
500 ft
PATM
K = 0.75
K = 0.50
6 in
4 in
10 ft
100 ft
K=1
K = 0.75
K = 0.75
20 ft
20 ft
100 ft
El sistema esta compuesto por tubería de hierro galvanizado (e = 0.0005 ft). la viscosidad
cinemática del agua es 1.08*10-5 ft2/seg. Los coeficientes de pérdidas por fricción locales se
detallan a continuación:
Válvula de control abierta (K = 0.17).
Válvula de compuerta ½ abierta (K = 4.5).
Contracción (K = 0.2333)