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VIDEOTUTORIALES
1. Densidad, gravedad específica y masa del aire en un cuarto
En un cuarto cuyas dimensiones son 4 m x 5 m x 6 m a 100 kPa y 25°C, determine:
a) La densidad
b) La gravedad específica
c) La masa del aire
Respuesta: a) 1.17 kg/m3, b) 0.0117 c) 140.23 kg
https://youtu.be/1Vj0Dj16x4A
2. Variación de la densidad con la temperatura y la presión
Considere agua inicialmente a 20°C y 1 atm. Determine la densidad final del agua:
a) Si se calienta hasta 50°C a una presión constante de 1 atm
b) Si se comprime hasta alcanzar la presión de 100 atm a una temperatura constante de 20°C. Tome la compresibilidad isotérmica del agua como α = 4.80 x 10-5 atm-1.
Respuesta: a) 987.91 kg/m3, b) 1002.7 kg/m3
3. Ascenso por capilaridad del agua en un tubo
Se inserta un tubo de vidrio de 0.6 mm de diámetro en agua a 20°C que está en una copa. Determine el ascenso por capilaridad del agua en el tubo.
Respuesta: 5 cm
4. Peso de un tanque con agua
Un tanque de plástico de 3 kg, que tiene un volumen de 0.2 m3 se llena con agua líquida. Suponga que la densidad del agua es de 1 000 kg/m3 y determine el peso del sistema combinado.
Respuesta: 1991.43 N
5. Aceleración de una roca
Se lanza una roca de 5 kg hacia arriba con una fuerza de 150 N, en un lugar en donde la aceleración gravitacional local es de 9.79 m/s2. Determine la aceleración de la roca, en m/s2.
Respuesta: 20.21 m/s2
6. Variación de la presión de un neumático con la temperatura
La presión en un neumático de automóvil depende de la temperatura del aire contenido en él. Cuando la temperatura del aire es de 25°C, la lectura del manómetro es de 210 kPa. Si el volumen del neumático es de 0.025 m3, determine la elevación de la presión cuando la temperatura del aire en él sube hasta 50°C. También, determine la cantidad de aire que debe purgarse para restablecer la presión hasta su valor original, a esta temperatura. Suponga que la presión atmosférica es de 100 kPa.
Respuesta: 29.26 kg
7. Cavitación en una hélice
El análisis de una hélice que opera en el agua a 70°F muestra que la presión en las puntas de la misma cae hasta 0.1 psia a altas velocidades. Determine si existe peligro de cavitación para esta hélice.
Respuesta: Psat=0.36334 psia. Si hay cavitación
8. Expansión de un tanque con la temperatura
Un tanque se llena por completo con agua líquida a 20°C. El material del tanque es tal que puede soportar tensión causada por una expansión volumétrica de 2 por ciento. Determine la elevación máxima en la temperatura admisible sin poner en peligro la seguridad.
Respuesta: Tmáx= 69.2 ºC
9. Desplazamiento de un bloque en una superficie inclinada
Se debe mover un bloque de 50 cm x 30 cm x 20 cm que pesa 150 N a una velocidad constante de 0.8 m/s sobre una superficie inclinada con un coeficiente de fricción de 0.27.
a) Determine la fuerza F necesaria a aplicar en la dirección horizontal.
b) Si se aplica una película de aceite de 0.4 mm de espesor, con una viscosidad dinámica de 0.012 Pa·s entre el bloque y la superficie inclinada, determine el porcentaje de reducción en la fuerza necesaria.
Respuesta: a)105.46 N b) 58.42 N
10. Potencia de un viscosímetro cónico
Un cuerpo en forma de cono cortado gira a velocidad angular constante de 200 rad/s en un recipiente lleno con aceite SAE 10W a 20°C (μ = 0.1 Pa · s). Si, especialmente en los lados, el espesor de la película de aceite es de 1.2 mm, determine:
a) La potencia necesaria para mantener este movimiento.
b) La reducción en el consumo de potencia necesario cuando la temperatura del aceite se eleva hasta 80°C (μ = 0.0078 Pa · s).
Respuesta: a) 269.7 W b) 92.2%
11. Viscosidad en un viscosímetro cilíndrico
Se va a medir la viscosidad de un fluido con un viscosímetro construido con dos cilindros concéntricos de 3 pies de largo. El diámetro interior del cilindro exterior mide 6 pulgadas y la brecha entre los dos cilindros es de 0.05 pulgadas. Se hace girar el cilindro interior a 250 rpm y se mide que el par de torsión es de 1.2 lbf · ft. Determine la viscosidad del fluido.
Respuesta: 0.000682 lbf · s/ft2
12. Flujo laminar. Resistencia al movimiento.
En las regiones alejadas de la entrada, el flujo de un fluido por un tubo circular es unidimensional y el perfil de velocidad para el flujo laminar se expresa como u(r) = umáx (1 – r2/R2), donde R es el radio del tubo, r es la distancia radial desde el centro de ese tubo y umáx es la velocidad máxima de flujo, la cual se tiene en el centro. Obtenga:
a) Una relación para la fuerza de resistencia al movimiento aplicada por el fluido en una sección del tubo de longitud L
b) El valor de la fuerza de resistencia al movimiento para flujo de agua a 20°C, con R = 0.08 m, L = 15 m, umáx = 3 m/s, y m = 0.0010 kg/m · s.
Respuesta: a) —, b) 0.57 N
13. Par torsión en una chumacera
Considere una chumacera de 30 cm de largo que se lubrica con aceite cuya viscosidad es de 0.1 kg/m · s a 20°C al principio de la operación, y de 0.008 kg/m · s a la temperatura de operación anticipada de 80°C. El diámetro de la flecha es de 8 cm y la brecha promedio entre esa flecha y la chumacera es de 0.08 cm. Determine el par de torsión necesario para vencer la fricción en la chumacera, cuando la flecha se hace girar a 500 rpm:
a) Inicialmente
b) Durante la operación estacionaria.
Respuesta: a) 0.79 N·m, b) 0.063 N·m
Referencias
Y. A. Cengel, J. M. Cimbala (2006). Mecánica de Fluidos. Fundamentos y Aplicaciones. McGraw-Hill