TAREA NO. 5

1. Considera un flujo viscoso y permanente en una tubera, en el cual el perfil de velocidad forma un paraboloide alrededor de la lnea central del tubo y est dado por:

, donde C es una constante.

Cul es el flujo de masa a travs del extremo izquierdo de la superficie de control? Suponer que el perfil de velocidad no cambia a lo largo de la tubera.

2. El perfil de velocidades para un flujo turbulento en un tubo circular terso, con radio vara de acuerdo a la siguiente expresin cuando el nmero de Reynolds es aproximadamente : , donde r es la distancia radial desde el centro y es la velocidad mxima en el centro. Deduzca la ecuacin para relacionar la velocidad promedio (velocidad general) con para un flujo incomprimible.

3. Est fluyendo agua salada que contiene 1.92 lb/gal de sal hacia el interior de un tanque de 100 galones, que haba sido llenado inicialmente con agua fresca, y la fluye con una rapidez constante de 2 gal/min. La densidad de la solucin que est entrando es de 71.8 lb/ft. La solucin, que se mantiene constante agitndola, fluye hacia el exterior con una rapidez constante de 19.2 lb/min. Cuntas libras de sal habr en el tanque al trmino de una hora y 40 minutos? Cul es el lmite superior del nmero de libras de sal contenida en el tanque si el proceso contina en forma indefinida? Cunto tiempo transcurrir para que la cantidad de sal contenida en el tanque aumente de 100 lb a 150 lb?

4. Se midieron las velocidades de un conducto circular de 20 plg de dimetro y son:

Distancia a partir del centro (plg)

Velocidad (ft/s)

Distancia a partir del centro (plg)

Velocidad (ft/s)

0

7.5

7.75

5.47

3.16

7.10

8.37

5.10

4.45

6.75

8.94

4.50

5.48

6.42

9.49

3.82

6.33

6.15

10.00

2.40

7.07

5.81

- - -

- - -

Encuentra la velocidad media y la rapidez de flujo en ft^3/seg.

5. Un sistema de bombeo extrae 600 gal/min de agua de un estanque a la parte superior de un almacn en donde se verifica el lavado a presin. El sistema est formado por tubera de hierro fundido cdula 40. Los datos del sistema, son los siguientes:

Carga de la bomba:

La toma est 2 m debajo de la superficie del estanque.

Dimetro de la tubera: 6 plg.

Longitud de la tubera: 60 m.

1 vlvula de globo totalmente abierta.

1 vlvula de compuerta abierta totalmente abierta.

5 codos de 90.

Descarga de la bomba:

Descarga 30 m sobre la superficie del estanque.

Dimetro de la tubera: 6 plg.

Longitud de la tubera: 20 m.

1 vlvula de globo totalmente abierta.

2 codos de 90.

Reduccin a 4 plg.

Longitud de la tubera: 75 m.

1 vlvula de retencin convencional.

1 vlvula de globo totalmente abierta.

5 codos de 90.

Se requiere que la presin de descarga del agua sea de 3 atm. Calcula la potencia de la bomba, siendo la eficiencia de 65% y la temperatura de 25C.

6. En la figura se ilustra una bomba que recircula 300 gal/min de aceite lubricante pesado para maquinas herramientas, a 104 F, con objeto de probar la estabilidad del aceite. La longitud total de la tuberia de 4 plg es de 25.0 pies, y la de la tuberia de 3 plg es de 75.0 pies. Calcule la potencia que la bomba trasmite al aceite.

7. Se est bombeando aceite de soya a travs de un tubo de dimetro constante y con una velocidad de flujo de estado estable. Una bomba suministra un flujo de 209.2 J/kg masa de fluido. La presin absoluta de entrada de la tubera a la bomba es de 103.4 kN/m^2. La seccin de salida de la tubera corriente abajo de la bomba est a 3.35 m por arriba de la entrada y la presin de salida es de 172.4 kN/m^2. Las tuberas de entrada y salida tienen el mismo dimetro. El flujo es turbulento. Calclese la prdida por friccin en el sistema. La temperatura es de 303 K.

8. Un lquido con densidad de 801 kg/m^3 y viscosidad de 1.49 cp fluye por una tubera horizontal recta a velocidad de 4.57 m/s. el tubo de acero comercial es de tamao nominal de 1.5 plg, cdula 40. Para un tubo de 61 m de largo, calcula:

a) La prdida por friccin.

b) La prdida por friccin de una tubera tersa del mismo dimetro interior. Cul es el porcentaje de reduccin de la prdida por friccin para una tubera tersa?

9. El agua caliente de un tanque de almacenamiento abierto, que est a 82.2C, se bombea a velocidad de 0.379 m^3/min. La lnea del tanque de almacenamiento a la aspiracin de la bomba es de acero cdula 40, de 6.1 m de longitud y 2 plg y contiene 3 codos. La lnea de descarga de la bomba tiene 61 m de tubera de 2 plg y contiene dos codos. El agua se descarga a la atmsfera a una altura de 6.1 m por encima del nivel en el tanque de almacenamiento. Calcula:

a) Todas las prdidas por friccin.

b) El valor del trabajo para la bomba en J/kg.

c) Cul es la potencia de la bomba en kW cuando su eficiencia alcanza el 75%?

10. Un horno est encerrado por paredes hechas (de adentro hacia afuera) de 8 plg de ladrillo refractario de caoln, 6 plg de ladrillo de caoln aislante, y 7 plg de ladrillo de arcilla refractarla. iCul es la prdida de calor por pie cuadrado de pared cuando el interior del horno se mantiene a 2 200F y el exterior a 200F?

11. La pared de un horno de 0.244 m de espesor se construye con un material que tiene una conductividad trmica de 1.30 W/m * K. La pared estar aislada en el exterior con un material que tiene una k promedio de 0.346 W/m 1 K, de tal manera que las prdidas de calor en el horno sean iguales o inferiores a 1830 W/m2. La temperatura de la superficie interior es 1588 K y la de la externa es 299 K. Calcule el espesor del aislante necesario.

12. Una ventana de vidrio con rea de 0.557 m2 se instala en la pared externa de madera de una habitacin. Las dimensiones de la pared son 2.44 x 3.05 m. La madera tiene un k de 0.1505 W/m * K y su espesor es de 25.4 mm. El vidrio tiene 3.18 mm de espesor y k = 0.692. La temperatura interior de la habitacin es 299.9 K (26.7 C) y la temperatura del aire exterior es 266.5 K. El coeficiente convectivo hi de la pared del interior del vidrio y de la madera es 8.5 W/m2 . K y el h, externo tambin es 8.5 para ambas superficies. Calcule la prdida de calor a travs de la pared de madera, del vidrio y el total.

13. Un gas a 450 K fluye en el interior de una tubera de acero, cdula 40, de 2 pulg de dimetro. La tubera est aislada con 5 1 mm de un revestimiento que tiene un valor medio de k de 0.0623 W/m . K. El coeficiente convectivo de transferencia de calor del gas en el interior de la tubera es 30.7 W/m * K y el coeficiente convectivo en el exterior del revestimiento es 10.8. La temperatura del aire es 300 K.

a) Calcule la prdida de calor por unidad de longitud en 1 m de tubera, mediante resistencias.

b) Repita con el valor general de Uo basado en el rea exterior Ao.