DE FLUJOS INTERNOS IMPORTANTES

Tabla 9.5 (continuacin)

i i i . Zona rugosa 70

= + 8.5e

1

f-2.0

Ley universal de Prandtl para la friccin en tuberas lisas Re 2300

=

Para la zona rugosa y la zona de transicin laminar-turbulenta

0.25 5 x Ree +

PROBLEMAS

Categora de los problemas

Nmero de Reynolds 9.1-9.6Prdida de altura 9.7-9.9Flujos laminares 9.10-9.28Flujos turbulentos (tuberas en serie) 9.29-9.52Ecuaciones de prdidas menores 9.53-9.56Flujo en tuberas (tuberas en serie) 9.57-9.64Problemas que involucran alturas 9.65-9.68Problemas de escogencia de bombas 9.69-9.71

Problemas de tuberas ms complicados 9.72-

no circulares 9.82-9.86Flujos con nmeros de Reynolds elevados 9.87-9.95Problemas generales (tuberas en serie) 9.96-9.105Problemas de tuberas con mltiples ramas 9.106-9.112

Problemas sealados con asterisco

9.60, 9.110

9.1. es nmero de Reynolds para un flujo deaceite en una tubera de 6 pulg con 20 don-de = 200 x . para el aceite? flu-jo es laminar o turbulento? Densidad relativa =no

FLUJO VISCOSO INCOMPRESIBLE A DE

9.2. A travs de una tubera flexible fluye gasolina conuna temperatura de 20C desde la bomba hasta eltanque de combustible de un carro. Si fluyen 3 y la tubera tiene un dimetro interno de 60 mm,

es el nmero de Reynolds?

9.3. El nmero de Reynolds para el flujo en una tuberade 10 pulg de dimetro es 1,800. ser el n-mero de Reynolds en tubera de 6 pulg que for-ma una extensin de la tubera de 10 pulg? Supon-ga que el flujo es incompresible.

Figura P9.3

9.4. A travs de los tubos capilares A y fluye aguahacia el tubo C. Si = 2 x en el tubo

ser el mayor en el tubo para que existaflujo laminar en el tubo El agua se encuentra auna temperatura de 40C. Con calculado,clase de flujo existe en los tubos A y

6 mm

Figura P9.4

9.5. Resuelva el problema 9.4 para el caso en el cual elfluido es queroseno.

9.6. Un fluido a 50F fluye a travs de una tubera de 3 con un caudal de 1 Determine si el flu-

jo es laminar o turbulento para los siguientes flui-dos:

vapor saturado hidrgeno aire

d) mercurio

9.7. Un flujo permanente incompresible de agua circu-la por una tubera de seccin transversal constante.

es la prdida de altura entre las posiciones Ay a lo largo de la tubera?

Figura P9.7

9.8. En el problema 9.7 la seccin transversal de la tu-bera es y la velocidad promedio es 5

Si hay un incremento en la energa internadel agua desde hasta igual a 1 es la transferencia total de calor a travs de la

entre estos puntos en 1 Se calcul que laprdida de altura entre era de 1,976 pies. Noutilice en forma directa primera ley de la termo-dinmica.

9.9. A travs de una tubera agua con un caudalde 5 Si se miden las siguientes presiones ma-nomtricas,

= 12

son las perdidas de altura entre y y

= mm

Figura

9.10. Un depsito grande de aceite tiene conec-tada una tubera de 3 pulg de dimetro y7,000 pies de longitud. La libre

en el depsito est 10 pies por encima de la lneacentral de la tubera y puede suponerse que perma-nece a esa elevacin fija. Suponiendo un flujo la-minar en la tubera, calcule el caudal que sale porsta como un chorro libre. Calcule V y luego verifi-que si el nmero de Reynolds es o no menor que elcrtico. La viscosidad cinemtica del aceite es 1 x

No tenga en cuenta las prdidas a laentrada de la tubera.

Figura

9.11. Si en el problema 9.10 el fluido es queroseno, tiene flujo laminar o turbulento? La temperatura es50F.

9.12. En una tubera de 10 pulg qu radio la velocidades igual al 80% de la velocidad media para flujo dePoiseuille?

9.13. Si a travs del sistema de tuberas fluyen 140 de agua, prdida de altura total se produce entoda la longitud de la tubera?

D=

mm

Figura P9.13

9.14. Desde el tanque A hacia el tanque fluye agua a40C. es el caudal para la configuracin quese muestra? Ignore las prdidas por entrada al tubocapilar al igual que las prdidas por salida.

9.15. En el problema 9.14, debe ser el metro interno de la tubera para que fluyaun caudal de 6 x

DE FLUJOS IMPORTANTES

0.3 m

Figura P9.14

9.16. Una aguja hipodrmica tiene un dimetro interno de0.3 mm y una longitud de 60 mm. Si el pistn semueve hacia la derecha con una velocidad de 18

y no existen filtraciones, es la fuerza Fnecesaria sobre el pistn? El medicamento dentrode la aguja hipodrmica tiene una viscosidad =0.980 x y una densidad p = 800 Considere tanto el flujo en la aguja como en el cilin-dro. No tenga en cuenta las prdidas por salida des-de la aguja como tampoco las prdidas en la uninentre la aguja y el cilindro.

,

V= mm

Figura P9.16

9.17. En el problema 9.16 se supone que se est extrayen-do el medicamento desde un recipiente a presinatmosfrica. es el mayor caudal de fluidosi ste tiene una presin absoluta de vapor de 4,700Pa? Ignore las prdidas en el cilindro. es lavelocidad del pistn para obtener el caudal mximode medicamento si existe un 10% de prdidas porfiltracin alrededor del pistn para la presin abso-luta de 4,700 Pa en el cilindro?

9.18. En el problema 9.16 se requiere una fuerza de 2.05N para mover el pistn hacia la derecha con unavelocidad de 18 debera ser el dime-tro interno de la aguja para que la fuerza necesa-ria sea solamente 1 N para la misma velocidad delpistn? Ignore las prdidas en el cilindro.

VISCOSO INCOMPRESIBLE A TRAVS DE

9.19. es el arrastre desarrollado por un aceite quetiene una viscosidad de 50 x cuandose mueve a travs de una tubera de 3 pulg y 100pies de longitud y con una velocidad promedio de0.2 El peso especfico del aceite es 50

9.20. A travs de dos tubos capilares y desde un tanquefluye queroseno, como se muestra en la figura. De-termine las alturas para que el flujo est a pun-to de convertirse en laminar para cada capilar. Latemperatura del queroseno es 40C. Ignore las pr-didas por entrada a los capilares y trate el proble-ma como cuasi esttico.

4mm

Figura

5 mmB

0 . 6 m

9.21. En la figura se muestra parte de un aparato Se bombea aceite pesado en A para mover un

pistn que tiene una resistencia constante a la fric-cin igual a 20 N. presin en funcin deltiempo se necesita en A para mover el pistn conuna velocidad de 5 en 10 s de manera que la

Datos del aceite D.F. 0 . 0 2 0 0

Figura P9.21

locidad vare como con en segundos? Procedacomo sigue:

1 . qu posicin del pistn deja de ser lami-nar el flujo de aceite?

2. es la prdida de altura de en funcindel tiempo para el flujo laminar?

3. Determine en funcin del tiempo para causarel movimiento del durante la parte

nar del flujo. Recuerde que el aceite debe acele-rarse. En este caso no utilice un volumen decontrol. El enfoque de sistema es mejor.

4. es la presin en = 5 s?

El pistn empieza a moverse en = 0.

9.22. es la presin en la figura para que el n-mero de Reynolds sea 10 en la tubera? El tanqueA es grande. La densidad relativa del aceite es 0.65y su viscosidad cinemtica es 0.00018

B

1.5 mm 0 . 4 m

c

Figura P9.22

9.23. A travs de una tubera con dimetro interno de 25mm fluye agua desde un tanque grande. La tempe-ratura del agua es 70C es la mayor presin

en que el flujo en la tubera es lami-nar? es absoluta? qu distancia a lo lar-go de la tubera est completamente desarrolladoel flujo laminar? Si el flujo empieza a ser turbulento,

longitud de tubera se requiere para tener flu-jo turbulento completamente desarrollado?

25 mm.

Figura P9.23

DE FLUJOS

9.24. Resuelva el ejemplo 9.1 para el caso de mercurio Utilice las ecuaciones de Colebrook y de con D.R. = 13.6 y v = 1.4 x utilice Jain y el diagrama de Moody. Comente sobre lael valor manomtrico de 458 comparacin de los resultados.

9.25. Si se inserta una pequea bomba en la delejemplo 9.1, es la potencia necesaria paracausar el flujo laminar mximo desde el tanque hasta el tanque A?

9.26. Una tubera recibe agua desde un embalse con uncaudal de El agua se encuentra a una tempe-ratura de 40C. Si la relacin de la distancia L' conrespecto a la longitud total = 50 m, para que el flu-jo se vuelva completamente desarrollado no debeser mayor que el 10% para flujo laminar, es el

Haga lo mismo para flujo turbulento ypara un dimetro de 0.4 m.

9.27. En una tubera de 50 mm de dimetro y 50 m delongitud que transporta petrleo crudo a una tem-peratura de 40C y a una velocidad promedio de0.02 porcentaje de longitud de la tuberase utiliza antes de que se presente el flujo viscosocompletamente desarrollado? es el porcenta-je si la velocidad promedio es 0.30 La densi-dad relativa del aceite es 0.86.

9.28. Considere el flujo de entrada de agua a 60C haciauna tubera cuyo dimetro es 100 mm.

1. es la mxima distancia dada en dime-tros para que se establezca un flujo laminarcompletamente desarrollado?

2. es la distancia mnima en dimetros paraque se establezca un flujo turbulento completa-mente desarrollado?

9.29. Calcule los factores de para los flujos delos siguientes dos casos que tienen los nmeros deReynolds y rugosidades relativas dados por:

= 5 xZona de transicin

Re = 4 x Zona de tubera

Drugosa

9.30. potencia se requiere en una bomba que mo-ver 0.1 de agua que tiene viscosidad cine-mtica de 2.11 x 1 a travs de una tube-ra de 3 pulg de dimetro y 200 pies de longitud,para descargar a la misma elevacin con una pre-sin absoluta de 20 La tubera est hechade acero comercial. La presin a la entrada es laatmosfrica.

9.31. Un vehculo de bomberos tiene su manguera co-nectada a un hidrante donde la presin manom-trica