Parcial Final 2014

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  FUNDAMENTOS DE FLUIDOS INGENIERÍA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD DEL VALLE - SEDE PALMIRA Problemas PARCIAL FINAL 11/12/2016 Profesor WILSON ORREGO Todos los estudiantes deben resolver y sustentar el ejercicio 1 y uno de los ejercicios siguientes, los cuales, cada uno se encuentra asociado a un estudiante en particular por el código de éste. Los problemas que un estudiante resuelva y no estén relacionados con su código de estudiante no serán tenidos en cuenta. 1.   [TODOS]  En la figura se presenta un sistema empleado para bombear refrigerante de un tanque colector hacia otro elevado, en el que se enfría. La bomba envía 30 gal/min. Después, el refrigerante regresa por gravedad hacia las máquinas que lo necesitan. El líquido tiene una gravedad específica de 0.92 y viscosidad dinámica de 3.6 x 10 -5  lb-s/pies². a.   Calcule la presión en la entrada de la bomba. El filtro tiene un coeficiente de resistencia de 1.85, con base en la carga de velocidad de la línea de succión. b.   Determine la carga total sobre la bomba, así como la potencia transmitida al refrigerante por la bomba. c.   Especifique el tamaño de la tubería de acero Schedule 40 que se requiere para que el fluido regrese a la máquina. El fluido sale de los tubos de las máquinas a 0 psig.  FUNDAMENTOS DE FLUIDOS INGENIERÍA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD DEL VALLE - SEDE PALMIRA Problemas PARCIAL FINAL 11/12/2016 Profesor WILSON ORREGO 2.   [Código: 201453856]  Una bomba centrífuga para agua operando a una velocidad de 750 rpm tiene los siguientes datos (Tabla 1) para el caudal y la cabeza de presión  p: [m³/h] 0 100 150 200 250 300 325 350 p [kPa] 361 349 328 293 230 145 114 59 Tabla 1 La cabeza de presión  p es una función del caudal, , de la velocidad,  , del diámetro del impulsor, D, y la densidad del agua,  . Grafique la curva cabeza de presión versus caudal. Determine los dos parámetros adimensionales para este problema, y de los datos suministrados, grafique uno contra el otro. Usando Excel™ desarrolle un análisis de tendencia sobr e esta última curva, genere y grafique datos la cabeza de presión versus el caudal para velocidades del impulsor de 500 rpm y 1000 rpm. Concluya cómo es el comportamiento de una bomba centrífuga a medida que la velocidad del impulsor aumenta en función de la cabeza de presión y el caudal. 3.   [Código: 201554092]  A su mejor amigo le gusta escalar montañas, así que siempre hay una posibilidad de que su amigo pueda caer en una grieta en un glaciar. Si eso ocurriera hoy, y su amigo queda atrapado en un glaciar que se mueve lentamente, y usted tiene curiosidad por saber si su amigo volvería a aparecer en la posterior bajada del glaciar durante este año académico. Suponiendo que el hielo es un fluido newtoniano con la densidad de la glicerina, pero un millón de veces como viscosa, decides construir un modelo de glicerina y utilizar el análisis dimensional y similitud para estimar cuando su amigo volvería a aparecer. Suponga que el glaciar real es de 15 m de profundidad y está en una pendiente que cae 1,5 m en una distancia horizontal de 1850 m. Desarrollar los parámetros adimensionales y las condiciones previstas que gobiernan la similitud dinámica en este problema. Si el modelo de su amigo vuelve a aparecer en el laboratorio después de 9.6 horas, ¿cuándo debería usted regresar al final del glaciar real para proporcionar ayuda a su amigo favorito? 4.   [Código: 201454300] La caída de presión,  P, de un líquido fluyendo establemente a través de una bomba centrífuga depende del diámetro, D, la velocidad angular del rotor,  , el caudal, , y la densidad,  . La tabla da los datos para un prototipo y para un modelo de bomba con similitud geométrica. Para condiciones de similitud dinámica entre el modelo y el prototipo de la bomba, deduzca las relaciones adimensionales que gobiernan este problema y determine los valores faltantes en la tabla 2. Variable Prototipo Modelo  p 29.3 kPa Q 1.25 m³/min   800 kg/min 999 kg/m³   183 rad/s 367 rad/s D 150 mm 50 mm Tabla 2.  FUNDAMENTOS DE FLUIDOS INGENIERÍA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD DEL VALLE - SEDE PALMIRA Problemas PARCIAL FINAL 11/12/2016 Profesor WILSON ORREGO 5.   [Código: 201453734]  Como se muestra en la figura 2, una placa plana, delgada que contiene una serie de agujeros es instalada en una tubería para filtrar cualquier partícula en el líquido fluyendo a través de la tubería. Existe algo de preocupación por la gran caída de presión que puede desarrollarse a través de la placa, y se propone estudiar este problema con un modelo geométricamente similar. Los siguientes datos aplican para el problema: Parámetro Prototipo Modelo Diámetro de agujero, d 1.0 mm ¿? Diámetro de la tubería, D 50 mm 10 mm Viscosidad,   0.002 N · s /m² 0.002 N · s /m² Densidad,   1000 kg/m³ 1000 kg/m³ Velocidad, V 0.1 m/s a 2 m/s ¿? a.   Asumiendo que la caída de presión,  p, depende de las variables listadas arriba, use análisis dimensional para desarrollar un adecuado conjunto de parámetros adimensionales para este problema b.   Determine los valores para el modelo indicados en la lista arriba con signo de interrogación. c.   ¿Cuál será la escala de caída de presión,  p m /  p? 6.   [Código: 201454282]   En un criadero de peces de gran tamaño los peces son criados en tanques abiertos, llenos de agua. Cada tanque es aproximadamente de forma cuadrada con esquinas curvas, y las paredes son lisas. Para crear el movimiento de los tanques, el agua es suministrada a través de una tubería en el borde del tanque. El agua se drena desde el tanque a través de una abertura en el centro. Un modelo con una escala de longitud de 1:13 se va a utilizar para determinar la velocidad, V, en varios lugares dentro del tanque. Suponga que V = f (l, l i , ρ , μ , g, Q), donde l es el ancho del tanque, l i  representa una serie de otras longitudes pertinentes, tales como el diámetro del tubo de entrada, la profundidad del líquido, etc, ρ  es la densidad del fluido, μ  es la viscosidad del fluido, g es la gravedad, y Q es la descarga de flujo a través del tanque. a.   Determinar un conjunto adecuado de parámetros adimensionales de este problema y la ecuación de predicción de la velocidad para el tanque real. Si el agua se va a utilizar para el modelo, ¿pueden satisfacerse todos los requisitos de similitud? Explicar y apoyar su respuesta con los cálculos necesarios. Figura 2 Tabla 3  FUNDAMENTOS DE FLUIDOS INGENIERÍA INDUSTRIAL UNIVERSIDAD DEL VALLE - SEDE PALMIRA Problemas PARCIAL FINAL 11/12/2016 Profesor WILSON ORREGO b.   Si el caudal de agua en el tanque real es de 250 gpm, determinar el valor necesario para el flujo del modelo suponiendo similitud del Número de Froude. 7.   [Código: 201353655]  Patrones de flujo que se desarrollan cuando los vientos soplan cuando pasa un vehículo, tal como un tren, se estudian a menudo en túneles de viento de baja velocidad. Por lo general, las velocidades del aire en estos túneles se encuentran en el rango de 0.1 m/s a 30 m/s. Considere un viento cruzado que sopla a una locomotora de tren pasando. Suponga que la velocidad del viento local sobre la locomotora, V, es una función de la velocidad del viento aproximándose (a cierta distancia de la locomotora), U, la longitud de la locomotora, l, la altura, h, y el ancho, b, la densidad del aire ρ , y la viscosidad del aire, μ . a.   Establecer los requisitos de similitud y la ecuación de predicción para un modelo que se utilizará en el túnel de viento para estudiar la velocidad del aire, V, alrededor de la locomotora. b.   Si el modelo utilizado para ráfagas de vientos cruzados a U = 25 m/s, explicar por qué no es práctico mantener la similitud del número de Reynolds para una escala de longitud típica de 1:50 8.   [Código: 201454240]  El comportamiento aerodinámico de un insecto volando está siendo investigado en un túnel de viento usando un modelo a una escala 10 veces. Si el insecto aletea sus alas 50 veces por segundo cuando vuela a 1.25 m/s, determine la velocidad del aire en el túnel de
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