DAIMF - UNMSMFLUJO TURBULENTO

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LISTA Nº 1Régimen de Flujo de Fluidos

a) Flujo en tuberías:

1.- Determinar el número de Reynolds en un tubo de 2 mm de diámetro, cuando en él fluye agua a 25ºC a unavelocidad de 30 cm s-1.

2.- En un tubo de 6 in de diámetro fluye aceite de 8.0S (densidad relativa). La viscosidad es 1.0 Poise. Elcaudal es de 200 lit s-1. Determinar el régimen del flujo en el tubo.

3.- Determinar el diámetro de la tubería vertical, necesaria para que fluya un líquido de viscosidad cinemática6105.1 cm2 s-1, con número de Reynolds de 1,800, a razón de 7105 lit s-1.

4.- Cuando en una tubería de 76 mm de diámetro fluye 0.0019 m3 s-1 de agua a 21ºC, ¿el flujo es laminar oturbulento?

5.- En un tubo de 25 mm fluye glicerina a una velocidad promedio de 0.3 m s-1 y temperatura de 25ºC. ¿el flujo eslaminar o turbulento?

6.- ¿Cuál es el máximo caudal de flujo de aire que puede ocurrir en condición laminar en un tubo de 100 mm a unapresión absoluta de 200 kPa y a 40ºC?

7.- En una tubería de 75 mm de diámetro que descarga hacia otra tubería de 150 mm de diámetro, circula un fluidoincompresible. ¿Cuál es el número de Reynolds en el tubo de 150 mm de diámetro, si en el de 75 mm es20,000?

8.- ¿Cuál es el número de Reynolds para un caudal de 566 lit s-1, de aceite en una tubería de 152 mm, cuando3105.10 kg s m-2? ¿El flujo es laminar o turbulento? La densidad relativa del aceite es 0.8

9.- Un fluido se está moviendo en régimen laminar a través de un cilindro cuyo radio interior es 0.5 in. Laviscosidad y densidad del fluido son 1.03 centipoises (cP) y 62.4 lbm ft-3, respectivamente. Luego, la velocidades aumentada hasta que aparezca la turbulencia. Determinar la mínima velocidad en la cual aparecerá laturbulencia (suponga que el número de Reynolds crítico es 2,100).

10.- Calcular la velocidad media máxima U con que agua a 20ºC puede fluir por una tubería en régimen laminar, siel número de Reynolds crítico en el que ocurre la transición es 2,000. El diámetro del tubo es: a) 2 m; b) 2cm; c) 2 mm.

11.- Un aceite con una viscosidad cinemática de 0.005 ft2 s-1 fluye con una velocidad de 10 ft s-1 a través de un tubode 3 in de diámetro. ¿El flujo es laminar o turbulento?

12.- Un aceite con viscosidad cinemática de 0.00015 ft2 s-1 (0.135 stokes) fluye a través de un tubo de 6 in (15 cm).¿Para qué velocidad el flujo será laminar?

13.- Hay un flujo en una tubería de 2 cm de diámetro. Determinar la velocidad máxima que puede tener agua a 20ºCen un flujo laminar si: a) Re= 2,000? b) Re= 40,000?

14.- ¿Cuál es el número de Reynolds para un caudal de aceite de 18 m3 min-1, siendo la densidad relativa del aceite0.86, 27.0 poises, y el diámetro de la tubería 50 cm?

15.- Calcular la velocidad de petróleo crudo ( 86.0S ) a 25ºC en un tubo de 9 mm de diámetro para un número deReynolds de 1,200 (Sugerencia: para hallar la viscosidad del petróleo usar, por ejemplo, la figura C.2).

b) Flujo en canales:

16.- Agua a 10ºC fluye como una capa delgada con profundidad de 5 mm en una playa de estacionamiento, con unavelocidad media de 0.5 m s-1. ¿El flujo es laminar o turbulento?

17.- Agua a 20ºC fluye por un río ancho. Considerando 1,500 el valor del número de Reynolds crítico (Uh

Re ) en

el que ocurre la transición, calcular la velocidad media U que habrá en un flujo laminar si la profundidad h delrío es: a) 4 m; b) 1 m; c) 0.3 m.

18.- Agua a 50ºF fluye como una capa delgada con profundidad de 0.2 in en un estacionamiento, con una velocidadmedia de 1.5 ft s-1. ¿El flujo es laminar o turbulento?

19.- Fluye agua, al parecer sin turbulencia, en un río de 20 m de ancho y 1.4 m de profundidad. Se observa que unahoja sobre el agua se mueve 1 m en 2 s. ¿El flujo es laminar o turbulento? Vea la definición de Re en elproblema 17, y considere agua a 21ºC.

20.- Si en un canal abierto, ancho, fluye agua a 20ºC con profundidad constante (esto es, uniformemente), ¿debajode qué caudal unitario, q , se puede esperar que el régimen sea laminar?

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21.- Fluye agua de manera uniforme a 20ºC en un canal rectangular ancho con una velocidad media de 2 m s-1. Sila profundidad del agua es 2.0 m, determine si el flujo es laminar o turbulento.

22.- Fluye agua a 20ºC en un canal circular de 2 m de diámetro parcialmente lleno con una velocidad media de 2 ms-1. Si la profundidad máxima del agua es 0.5 m, determine el radio hidráulico, el número de Reynolds y elrégimen del flujo.

23.- Fluye agua a 70ºF de manera uniforme en un canal rectangular ancho con una velocidad media de 6 ft s-1. Si laprofundidad del agua es de 0.5 ft, determine si el flujo es laminar o turbulento.

24.- Fluye agua a 10ºC en un canal circular de 3 m de diámetro medio lleno [lleno hasta la mitad del diámetro], conuna velocidad media de 2.5 m s-1. Determine el radio hidráulico, el número de Reynolds y el régimen del flujo.

c) Flujo en capa límite sobre placas planas:

25.- Aire a 15ºC y presión de 1 kg cm-2 (abs.) fluye a lo largo de una placa lisa con una velocidad de 100 km h-1.¿Qué longitud debe tener la placa para obtener un espesor de capa límite de 6 mm?

26.- Entre 2 placas planas paralelas infinitas fluye agua con una velocidad de 0.2 ft s-1. Su viscosidad y densidadson 1.03 cP y 62.4 lbm ft-3, respectivamente. Si el Número de Reynolds crítico basado en la distancia deseparación de las placas es supuesto ser 2,000, ¿cuál será la mínima separación antes que se inicie adesarrollar el flujo turbulento?

27.- Sobre una placa plana, de 30 cm de ancho, fluye aire a una temperatura de 38ºC. Calcular el espesor de lacapa límite a una distancia de 30 cm a partir del borde de ataque de la placa. La velocidad del aire es de 2.2 ms-1.

28.- Aire a 70ºF y presión de 14.7 lb in-2 (abs.) fluye sobre una placa plana lisa con una velocidad de 40 ft s-1. Lalongitud de la placa es 3 ft en la dirección del flujo. Calcular el espesor de la capa límite á 2 in y 2 ft,respectivamente, del borde de ataque de la placa.

29.- Aire a 70ºF y presión de 14.7 lb in-2 (abs.) fluye con una velocidad de 0.5 ft s-1 entre 2 placas planas lisasparalelas separadas 1 in. ¿A qué distancia de la entrada las capas límites sobre las 2 placas se encontrarán?

30.- Para flujo sobre una placa lisa, ¿cuál será la longitud máxima aproximada de la capa límite laminar, si en elflujo irrotacional uniforme 1.9V m s-1 y el fluido es aire normal a nivel del mar? ¿Si el fluido es agua a20ºC?

d) Flujos en capa límite sobre cuerpos romos:

31.- Calcúlese la fuerza de arrastre sobre una esfera (fuerza de resistencia al avance de una esfera) lisa de 0.3 mde diámetro en una corriente de aire normal al nivel del mar (ver cuadro “Apéndice 4”) a números de Reynoldsde 1, 10, 100 y 1000.

32.- Se lanza una esfera de acero de 6 mm de diámetro a una velocidad de 600 m s-1, a una altura de 10 km en laatmósfera normal U.S.A. (ver cuadro “Apéndice 4”). Calcúlese la fuerza de arrastre sobre esta esfera.

33.- Calcúlese la fuerza de arrastre sobre una esfera lisa de 0.5 m de diámetro cuando se coloca en una corrientede aire (15ºC y 101.3 kPa) si la velocidad es: a) 6 m s-1, b) 8.4 m s-1. ¿A qué velocidad obtendría la esfera lamisma fuerza de arrastre que tenía a una velocidad de 6 m s-1 si la temperatura del aire fuera 23ºC?

34.- Se prueba una esfera de 250 mm de diámetro en un túnel de viento con aire normal al nivel del mar (ver cuadro“Apéndice 4”) a 130 km h-1. ¿A qué velocidad deberá remolcarse una esfera de 50 mm de diámetro en agua a20ºC, para que estas esferas tengan el mismo coeficiente de arrastre? ¿Cuáles son las fuerzas de arrastresobre esas dos esferas?

35.- ¿Cuál es el número de Reynolds para una esfera de 0.12 cm de diámetro que cae en agua a 25ºC convelocidad de 15 cm s-1?

36.- ¿Cuál es la velocidad máxima a la cual se puede mover un grano esférico de arena de diámetro de 0.254 mm através de agua a 20ºC, siendo laminar el régimen de flujo?

37.- El coeficiente de arrastre de un disco circular cuando se le coloca normal al flujo es 1.12. Calcúlese la fuerza yla potencia necesarias para impulsar un disco de 0.3 m de diámetro a 48 km h-1 a través de: a) aire normal anivel del mar (ver cuadro “Apéndice 4”), y b) agua a 20ºC.

Ciudad Universitaria, Abril de 2013