Teoría Fluidos PDF

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Teoría Colombo...

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1. Ecuación*de*Bernoulli*y*ecuación*de*continuidad.*Determinar*el*caudal*de*un*fluido*de*Pe=!*y*que*pasa* por*una*tubería*de*diámetro*conocido,*utilizando*un*tubo*de*Venturi,*de*geometría*dada,*midiendo*la* caída*de*presión*con*un*manómetro*de*tubo*en*“U”,*con*fluido*manométrico*!" .* ! •

#

Ecuación!de!Bernoulli:! %$ + ( &

)$ * +,

#

+ -. = % * + &

)* * +,

+ -+ (((!

! 3! • Ecuación!de!Continuidad:!0 = 1. (. 3 . = ( 1+ (. + ! !!Igualo:!45 = 455 !!para!sacar!4. − 4+ .!Luego!lo!reemplazo!en!la!ecuación!de!Bernoulli!y!obtengo!3+ .!Con! este!valor!y!el!del!área!2,!voy!a!la!ecuación!de!continuidad!y!obtengo!el!caudal!Q.!

! 2. Ecuación*de*Bernoulli*y*ecuación*de*continuidad.*Determinar*la*velocidad*de*un*fluido*de*Pe=7*y*que* pasa*por*una*tubería*de*diámetro*D*conocido,*utilizando*un*tubo*de*Pitot,*midiendo*la*caída*de*presión* con* un* manómetro* de* tubo* en* “U”,* con* fluido* manométrico*78 .* Dibujar* la* instalación,* explicar* su* funcionamiento*y*detallar*el*desarrollo*de*las*expresiones*de*cálculo.* ! •

#

Ecuación!de!Bernoulli:! %$ + ( &

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)$ * +,

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+ -. = % * + &

)* * +,

+ -+ (((!

3! Ecuación!de!Continuidad:!0 = 1. (. 3 . = ( 1+ (. +

! !!El!tubo!de!Pitot!es!utilizado!para!calcular!la!presión!total! (presión!estática!+!presión!dinámica).!El!manómetro!de! tubo!de!Pitot!es!un!instrumento!elemental!para!la! medición!de!velocidades.!Es!como!una!sonda,!con!una! abertura!en!un!extremo,!ubicado!contra!la!corriente,! donde!se!ubica!el!denominado!“Punto!de!remanso”,! donde!la!velocidad!es!nula.!! ! 45 = 455(

4+ 3+ + + + 9 . ℎ = 4 = 9 . (( (! 4. : 55 < 9< 2>

!! !Por!Bernoulli!y!por!ecuación!de!continuidad:!4. = 4+ ((((?((((3. = 3+ ! ! + +3 (4 . − 4+ ) + 9: . ℎ = ( (. 9< ! 2> ! ⇒!!3+ =

%B . ℎ(. 2>! %&

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3. Explicar*el*concepto*de*flujo*estacionario,*flujos*desarrollados,*viscosos,*inviscidos,*externos,* internos,*laminar*y*turbulento*(utilizando*el*número*de*Reynolds).* ! • Flujo&estacionario:!aquel!donde!las!líneas!de!corriente,!sendas!y!líneas!de!traza!son!idénticas.! • Flujo&desarrollado:!aquel!que!tiene!el!perfil!de!velocidad!constante!a!lo!largo!de!la!longitud!de! un!conducto.! • Flujo&viscoso:!aquel!que!sufre!los!efectos!de!viscosidad!(fuerzas!de!rozamiento).! • Flujo&inviscido:!aquel!que!no!sufre!efectos!viscosos!significativos.! • Flujo&externo:!no!tiene!paredes!confinantes!y!es!libre!de!expandirse!a!pesar!de!que!puedan! crecer!las!capas!viscosas!de!los!cuerpos!inmersos!en!él.! • Flujo&interno:!está!confinado!por!paredes!y!las!regiones!fluidas!sometidas!a!los!efectos!viscosos! crecerán!y!se!encontrarán!hasta!ocupar!todo!el!flujo.! • Flujo&laminar:!aquel!con!número!de!Reynolds!(Re)!moderado,!menor!a!2.000.!Caracterizado!por! variaciones!suaves.! • Flujo&turbulento:!aquel!con!alto!número!de!Reynolds,!mayor!a!2.400.!Caracterizado!por!fuertes! fluctuaciones!aleatorias.! ! 4. Explicar*el*concepto*de*línea*de*corriente,*tubo*de*corriente*y*flujo*continuo.* ! • Línea&de&corriente:!aquella!que!en!un!instante!dado!es!tangente!al!vector!velocidad!en!todo! punto.! • Tubo&de&corriente:!el!fluido!contenido!dentro!de!esta!superficie!está!confinado,!ya!que!no!puede! atravesar!las!líneas!de!corriente.! • Flujo&continuo:!aquel!en!donde!las!líneas!de!trayectoria,!las!líneas!fugaces!y!las!líneas!de! corriente!coinciden.! ! 5. Explicar*los*conceptos*de*capa*límite*y*su*relación*con*la*viscosidad.* ! !!El!movimiento!de!un!fluido!en!cualquier!régimen!puede!asimilarse!al!de!un!fluido!perfecto!salvo!en!las! zonas!próximas!a!las!paredes,!donde!los!grandes!gradientes!de!velocidad!hacen!que!se!manifiesten!las! fuerzas&viscosas.!! !!La!capa&límite!es!la!superficie!aerodinámica!en!la!que!está!confinado!cualquier!efecto!viscoso.!La! velocidad!de!dicha!capa!es!cero.! ! 6. Explicar*las*diferencias*entre*la*ecuación*que*representa*la*energía*de*un*flujo*y*el*teorema*de* Bernoulli.* ! !!La!ecuación&de&Bernoulli!es!un!balance!de!fuerzas!sobre!una!partícula!de!fluido!que!se!mueve!a!través! de!una!línea!de!corriente.! !!En!cambio,!la!ecuación&de&energía!es!un!balance!de!energías!entre!los!límites!de!un!volumen!de! control.! ! 7. Definir*el*parámetro*que*determina*la*estabilidad*de*un*cuerpo*flotante,* explicando*cada*uno*de*sus*términos.* ! !!Condición!de!estabilidad!de!un!cuerpo!flotante:!!CDE ≥ ( CDG !! M !!Además,!!CDE = HIJ + KL = ( CIJ + !.! )NO: !!Donde:!!! !HIJ :!Centro!de!carena:!baricentro!del!volumen!sumergido.! KL:!Distancia!entre!el!centro!de!carena!y!el!metacentro.! CDG :!Altura!del!baricentro.! Este archivo fue descargado de https://filadd.com

! 8. Usos*del*vacío.*Unidades*de*medición.*Esquema*de*algunas*de*las*bombas*utilizadas*en*el*proceso.* Usos:&& • La!aspiradora!es!uno!de!los!ejemplos!más!sencillos!que!emplean!vacío.! • La!tecnología!de!vacío!es!utilizada!para!extraer!la!humedad!de!alimentos,!químicos,!productos! farmacéuticos,!etc.! • La!producción!de!jugo!de!frutas!y!leche!concentrada!son!ejemplos!de!producciones!a!gran! escala!basadas!en!la!concentración!en!vacío.! • Para!remover!los!constituyentes!de!la!atmósfera!que!pudieran!causar!una!reacción!química!o! física,!como!puede!ser!la!oxidación.!! • Para!la!producción!de!nuevos!materiales.! ! Unidades&de&medición:&& ! Se!utiliza!por!conveniencia!la!unidad!“Torricelli”!(Torr)!como!medida!de!presión.! 1(QRSS = 1TTU>( 1(VWT = 760(QRSS! ! Bombas&utilizadas:& • Bombas&mecánicas:!una!de!las!primeras!fue!la!bomba!de!Sprengel.!Hoy!en!día!existen!otros! tipos!como!las!bombas!de!pistón,!de!anillo!de!agua,!de!paleta!rotatoria,!tipo!Roots!,etc.! • Bombas&de&vapor:!un!ejemplo!es!la!bomba!de!difusión.!Esta!puede!producir!mayor!velocidad!de! bombeo!con!el!mismo!tamaño,!peso!y!costo!que!las!mecánicas.! • Bombas&criogénicas!(de!baja!temperatura):!se!usan!en!aplicaciones!específicas!de!ultra-alto! vacío.!

! 9. Bombas*centrífugas.*Explicar*y*graficar*el*funcionamiento*de*una*instalación*de*dos*bombas*en* paralelo,*consideraciones*de*la*instalación*y*curvas*características*de*cada*bomba*y*de*la*instalación.* Objeto*de*la*instalación.*Ídem*para*una*instalación*en*serie.* ! • Bombas&en¶lelo:!se!utilizan!cuando!una!bomba!proporciona!la!altura!manométrica!(hb)! adecuada,!pero!el!caudal!(Q)!es!demasiado!bajo.!Amabas!bombas!tendrán!la!misma!succión!y! mismas!condiciones!de!entrada,!pero!no!necesariamente!serán!idénticas.! !!Objeto:!aumentar!el!caudal!(Q).!

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! •

Bombas&en&serie:!se!utilizan!cuando!una!bomba!proporciona!el!caudal!adecuado!(Q),!pero!una! altura!manométrica!(hb)!demasiado!baja.!Ambas!bombas!serán!semejantes!y!deberán!suministrar! el!mismo!caudal.! !!Objeto:!aumentar!la!altura!manométrica!(hb).!

! 10. Pérdidas*por*fricción.*Explicar*cómo*funciona*el*diagrama*de*Moody.*Datos*de*entrada/salida*y*zonas* del*mismo.* Datos&de&entrada:&& • Número!de!Reynolds!(Re).! • Rugosidad!relativa!D/ε.! ! Datos&de&salida:& • Factor!de!fricción!(f).! ! Zonas:& • Re!!2.300:!flujo!turbulento.! • Zona!de!turbulencia!completa!(tuberías!rugosas):!según!diagrama!del!Mott!comienza!en!Re=6.000!y! f=0,10!y!termina!en!Re=10[ !y!f=0,009.! • Zona!de!tuberías!lisas.! ! 11. Explicar*el*concepto*de*“presión*de*vapor”,*relacionar*y*desarrollar*con*el*concepto*de*“cavitación”* en*bombas*centrífugas*y*el*cálculo*del*ANPA*disponible*de*una*instalación*dada.*Esquematizar.* Relación*con*el*ANPA*requerido*y*criterios*de*cálculo.*Datos*a*utilizar.* ! !!Presión&de&vapor:!presión!a!la!que!un!líquido!hierve!y!está!en!equilibrio!con!su!propio!valor.!! !!Cuando!la!presión!del!líquido!cae!por!debajo!de!la!presión!de!vapor!debido!al!flujo,!aparece!la!cavitación;! es!decir,!la!formación!de!cavidades!llenas!de!vapor!o!de!gas!en!el!seno!de!un!líquido!en!movimiento.!! !!Si!aparece!cavitación,!habría!ruido!y!vibraciones!en!la!bomba,!deterioro!del!rotor!por!picaduras!y!una! caída!brusca!en!la!altura!manométrica!y!el!caudal!de!la!bomba.!! ! !!ANPA:!altura!neta!de!succión.!Es!la!carga!disponible!a!la!entrada!de!la!bomba!para!evitar!la!cavitación!o! evaporación!del!líquido.!! ! 1\41] > 1,1(1\41` ! ! 4a 3a + 4b 4d 4b 1\41] = ( + ( − ( (((((ó(((((1\41] = ( − ea − ℎfa − ( ! 9< 2> 9< 9< 9<

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! 12. Explicar*en*qué*consiste*las*curvas*características*de*una*bomba*centrífuga*y*como*se*selecciona*una* bomba,*utilizando*catálogos*comerciales.*Que*datos*se*extraen*del*diagrama.* ! &&Las&curvas&características!nos!sirven!para!determinar!parámetros!importantes!de!las!bombas,!conociendo! su!carga!total!(Hb)!y!su!caudal!(Q).!Los!fabricanetes!porporcionan!dichos!gráficos.!Con!estas!curvas! podremos!determinar!eficiencia,!ANPA,!la!potencia!eléctrica!e!hidráulica,!rendimiento,!diámetro!del! impulsor,!RPM!del!motor,!diámetro!de!descarga!y!succión.! !!Por!ejemplo:!2!x!3!–!10:!2’’!de!descarga,!3’’!de!succión!y!10’’!como!tamaño!máximo!del!impulsor!a!colocar! en!la!carcaza.! ! 13. Determinar*el*punto*de*funcionamiento*y*punto*de*funcionamiento*real.*Explicar*que*sucede*con*la* curva*de*la*instalación*si*aumentan*los*valores*“k”*coeficiente*de*pérdidas*de*los*artefactos*de*la* instalación.*

! !!El!punto&de&funcionamiento!de!una!bomba!se!define!como!el!flujo!volumétrico!que!enviará!cuando!se! instale!en!un!sistema!dado.! !!El!punto&de&funcionamiento&real!de!la!bomba!es!donde!se!intersecta!la!curva!del!punto!de!funcionamiento! con!la!curva!de!rendimiento!de!la!bomba.! ! 14. Flujos*compresibles.*En*una*instalación*de*Aire*comprimido*industrial*explique:*a)*cómo*determina*el* diámetro*de*tubería*a*utilizar*y*su*relación*con*la*pérdida*de*carga.*b)*cuáles*son*los*datos*de*los* cuales*parte*y*de*dónde*salen.*c)*indicar*cómo*calcula*el*caudal*de*aire*en*condiciones*de*utilización* en*la*planta.* Este archivo fue descargado de https://filadd.com

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