D i v i s i ó n d e I n g e n i e r í a s

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j.m. riesco a. TAREA 5. ECUACIONES BÁSICAS EN FORMA INTEGRAL PARA UN VOLUMEN DE CONTOL

5.1 Considere el flujo estacionario e

incompresible que pasa por el dispositivo mostrado. Determine la magnitud y dirección del flujo volumétrico a través del puerto 3.

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5.2 Un codo reductor bidimensional tiene un

perfil de velocidades lineal en la sección 1. El flujo es uniforme en las secciones 2 y 3. El fluido es incompresible y el flujo es estacionario. Encuentre la magnitud y dirección de la velocidad uniforme en la sección 3.

P 4.2

5.3 La sección de una tubería que conduce agua contiene una cámara de expansión con una superficie libre cuya área es de 2 m2. los tubos de entrada y salida son ambos de igual área, 1 m2. En un instante determinado, la velocidad en la sección 1 es de 3 m/s hacia la cámara. El agua fluye hacia afuera en la sección 2 a 4 m3/s. ambos flujos son uniformes. Encuentre la relación de cambio del nivel de la superficie libre en el instante determinado. Indique si el nivel asciende o desciende.

P 4.3

5.4 Un chorro de agua emitido desde una tobera

estacionaria a 15 m/s (A j = 0,05 m2) incide sobre un álabe montado sobre un carrito en la forma indicada. El álabe desvía el chorro a un ángulo θ = 50º. Determine el valor de M requerido para mantener el carrito estacionario.

P 4.4

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j.m. riesco a. 5.5 Se muestra un codo reductor de 30º. El

fluido es agua. Evalúe las componentes de la fuerza que debe ser suministrada por los tubos adyacentes para evitar que el codo se mueva.

P 4.5

5.6 El aspa montada sobre un carro en

movimiento, desvía un chorro de agua de 10 cm de diámetro, como se muestra en la figura. La velocidad inicial del chorro de agua es 20 m/s y el carro se mueve a 3 m/s. Si el aspa divide el chorro en partes iguales, ¿cuál es la fuerza ejercida por el chorro sobre el aspa?

5.7 Un chorro de agua que sale de una boquilla a 15 m/s, choca contra la superficie posterior vertical de un carretón que se está moviendo horizontalmente a una velocidad constante de 5 m/s en la dirección del flujo. El flujo másico de agua es de 25 kg/s.

Después del choque, el chorro de agua se esparce en todas direcciones en el plano de la superficie posterior. a) Determine la fuerza que es necesaria aplicar sobre los frenos del carretón para impedir que se acelere. b) Si se usara esta fuerza para generar potencia, en vez de desperdiciarla en los frenos, determine la cantidad máxima de potencia que puede generarse.

5.8 Una turbina se alimenta con 0,6 m3/s de agua proveniente de un tubo de 0,3 m de diámetro; el tubo de descarga tiene un diámetro de 0,4 m. Determine la caída de presión a través de la turbina si ésta produce 60 kW.

5.9 Se almacena aire comprimido en una botella

de presión con un volumen de 10 pies3 a 3000 psia y 140°F. En cierto instante se abre una válvula y fluye masa desde la botella a razón de 0,105 lbm/s. Encuentre la relación de cambio de la temperatura en la botella en este instante.

5.10 Un fluido se expande a través de una boquilla

desde una presión absoluta de 300 lb/pulg2 hasta una presión absoluta de 5 lb/pulg2. Las entalpías inicial y final del fluido son 1187 Btu/lbm y 1041 Btu/lbm, respectivamente. Calcule la velocidad final sin tener en cuenta la velocidad de entrada (conocida como velocidad de aproximación), los efectos gravitacionales, ni la transferencia de calor hacia afuera de la carcaza y a lo largo del flujo del fluido. Si se sabe que la energía interna u del fluido en las condiciones de salida es 800 Btu/lbm y que las áreas de entrada y de salida son 3 pulg2 y 2 pulg2, respectivamente, calcule el empuje sobre la boquilla.