Fluidos:201302_Proyectos

Examen Final Mecánica de Fluidos

1. Se dispone de una bomba centrífuga entre dos tanques donde la diferencia de nivel entre superficies libres es de 100 ft. Suponga que las pérdidas totales por fricción y accesorios es constante con un valor de 20 cargas dinámicas para un diámetro del tubo de 4 in. Si la característica (h_b vs. Q) de la bomba se considera lineal, con 200 ft de carga para gasto cero, y 2 ft³/s para carga cero, calcule el gasto que se obtiene con este sistema acoplado, al bombear agua al tanque de mayor superficie libre.

2. Después de 10 años de servicio, un tubo de fundición de 500 mm de diámetro requiere de una potencia adicional de 30% para bombear 239 L/s que es el gasto de diseño. Determine la tasa de incremento de la rugosidad absoluta por el tipo de agua que se transporta. A los 20 años, qué gasto se entregará si la bomba no puede entregar más potencia que la que se tiene a los 10 años?

3. Un sistema sencillo para cuantificar la viscosidad consiste en un tanque que proporciona una carga constante a un tubo horizontal de 4 mm de diámetro. Si el fluido tiene una viscosidad de 15 E-3 Pa.s y densidad de 1,200 kg/m³, y descarga a la atmósfera con velocidad promedio de 1 m/s. Verifique que el flujo sea laminar. Considerando que el flujo está totalmente desarrollado en los últimos 3 m del tubo horizontal, donde se ha colocado un manómetro (i.e. a una distancia de 3 m de la salida), calcule la presión que indicará el manómetro. Cuál es la magnitud del esfuerzo cortante en esta sección del tubo?

4. Para un flujo en dos tuberías de longitud L, que están unidas para formar una longitud total de 2L, las condiciones son tal que es de tipo laminar y totalmente desarrollado. Si la caída de presión en el primer tubo es 1.24 veces mayor que en el segundo; y el diámetro del primer tubo es D, determine el diámetro del segundo.

5. La rugosidad relativa en una tubería se incrementa con el tiempo por los depósitos de material. Suponga que para un tubo de acero comercial nuevo en t=0, este incremento es tal que la rugosidad se incrementa por un factor de 2 cada 2 años (i.e. k /k₀ = 2^t/2 ) donde k₀ es la rugosidad para el tubo nuevo y t está en años. Determine el diferencial de presión necesario para bombear 0.20 ft³/s para un tubo de 2 in de diámetro y longitud L = 200 ft en los años 0, 5 y 10.

6. En un ducto circular de ventilación de aire de 3 ft diámetro, se mide una caída de presión de 1.5 in de columna de agua para una lognitud de 1,500 ft, cuando el gasto es de 9,000 cfm (ft³/minuto). Cual es la magnitud de la rugosidad equivalente de Nikuradse?.