HIDRODINAMICA_2012_1 (1)
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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
Laureate International Universities®
1. Se necesita llenar una piscina circular con
diámetro de 15m a una profundidad de 3m.
Determinar el flujo de entrada en si la
piscina se llena en 2 horas. Encuentre la
cantidad de mangueras de 5,1 cm de diámetro
que se requieren si la velocidad del agua no
debe exceder de 30,5 cm/s.
2. Del depósito A de la Fig. 1 sale agua
continuamente pasando a través de depósito
cilíndrico B por el orificio C. EL nivel de
agua en A se supone constante, a una altura
de 12 m sobre el suelo. La altura del orificio
C es de 1,2 m. El radio del depósito cilíndrico
B es de 10 cm y la del orificio C, 4 cm.
Calcular:
a) La velocidad del agua que sale por el
orificio C.
b) La presión del agua en el punto P
depósito pequeño B.
c) La altura h del agua en el manómetro
abierto vertical.
Figura 1
3. El suministro de agua de un edificio se
alimenta por medio de una tubería principal
de 6 cm de diámetro. Se observa que de una
llave de agua con un diámetro de 2 cm que se
localiza a 2 m por encima de la tubería
principal se llena una cubeta de 25 litros en
30 s. (a) ¿Cuál es la rapidez con la que sale el
agua de la llave? (b) ¿Cuál es la presión
manométrica en la tubería principal de 6 cm?
(Suponga que la llave es el único lugar donde
sale el agua en el edifico)
4. Un fluido circula en régimen de Bernouilli
por una tubería que primeramente se estrecha
y luego se bifurca en las ramas que se indican
en la figura. Si los diámetros
correspondientes a éstas son: d1 = 20 cm, d2 =
15 cm, d3 = 10 cm y d4 = 5 cm y las
velocidades del fluido en los puntos 1 y 4 son
1 m/s y 3 m/s respectivamente, calcular las
velocidades en los puntos 2 y 3.
Figura 2
5. Calcule el caudal de agua en el venturímetro
vertical de la fig. 2 si el diámetro en la parte
angosta (B) es de 15 cm y en la parte ancha
(A) es de 30 cm. El desnivel entre las
columnas de mercurio en el tubo en U es de
40 cm. El agua sube por el venturímetro.
Figura 3
6. Un bloque de acero ( ), de forma
cúbica de 30 cm de arista, es empujado, para
hacerlo subir por un plano de 10° de
inclinación. Para reducir el rozamiento, se ha
FÍSICA GENERAL 2
Práctica N°2: HIDRODINÁMICA
lubricado el plano inclinado, depositando
sobre él una fina capa de aceite SAE-40 (de
viscosidad 1200cP) de 0,30 mm de espesor.
Determinar la magnitud de la fuerza que
debemos aplicar para el bloque suba por el
plano con una velocidad constante de 15
cm/s.
7. El gasto en una tubería por la que circula
agua es 208 L/s. En la tubería hay instalado
un medidor de Venturi (ver figura) con
mercurio como líquido manométrico. Siendo
800 y 400 cm2 las secciones en la parte ancha
y estrecha de la tubería, calcular el desnivel
que se produce en el mercurio.
Figura 4
8. Determine la presión de aire requerida por
encima del aire del depósito de la Fig. 5 para
que el chorro de agua ascienda a 12 m desde
la boquilla, siendo h= 1,8 m.
Figura 5
9. En un depósito de gran sección se practica un
orificio a y = 1 m del suelo, como se indica en
la figura 6. Colocamos en él un manómetro
nos indica una presión de 11,6 cm de Hg;
quitamos el manómetro y dejamos salir el
líquido, alcanzando una distancia x = 3 m.
Calcular:
a) La densidad del líquido.
b) Altura H sobre el suelo a que se
encuentra el nivel del líquido.
Figura 6
10. El agua embolsada tras una cortina de una
presa tiene una profundidad de 15,2 m. Un
tubo horizontal de 4,30 cm de diámetro pasa a
través de la cortina 6,15 m bajo la superficie
del agua, como se muestra en la Fig. 7. En la
salida del tubo se ha colocado un tapón.
a) Halle la fuerza de fricción entre el
tapón y las paredes del tubo.
b) Se retira el tapón ¿Qué volumen de
agua sale por el tubo en 3,00h?
Figura 7
11. Para medir la velocidad del agua que circula
por un arroyo, se dispone de un tubo en L,
como se muestra en la Fig. 8. ¿Cuál será la
velocidad de la corriente si el agua asciende
por el tubo vertical hasta una altura de 40 cm
por encima de la superficie libre del agua?
Figura 8
12. ¿Qué diámetro mínimo tendrá un tubo de
vidrio para que el ascenso debido a la
capilaridad del agua a 20°C no supere 0,9
mm? ¿Qué ocurriría si en lugar de agua fuera
mercurio? ,
, , .
13. Un aeroplano tiene un área de ala (de cada
ala) de 12,5 m2. A cierta velocidad de aire,
éste fluye sobre la superficie superior del ala
a razón de 49,8 m/s y sobre la superficie
inferior del ala a 38,2 m/s. Halle la masa de
aeroplano. Suponga que el aeroplano viaja a
velocidad constante y que los efectos de la
fuerza ascensional asociados con el fuselaje y
el conjunto de la cola son pequeños.
14. El medidor Venturi de la Fig. 9 lleva agua a
60 °C. La densidad relativa (gravedad
específica) del fluido manométrico del
medidor de presión es de 1,25. Calcule la
velocidad de flujo en la sección A y la
rapidez de flujo de volumen de agua.
Figura 9
15. El líquido de un depósito de grandes
dimensiones se vacía por medio de un tubo
horizontal de 250 m de largo y 20 mm2 de
sección, que esta situado a 15 m por debajo
del nivel del líquido. Sabiendo que la
densidad del líquido es 1 g/cm3 y su
velocidad de salida es 4,67 cm/s, calcúlese su
viscosidad. Determinar si el flujo es laminar.
Figura 10
16. (a) Determinar la velocidad límite de una
esfera de acero ( ) de 2 mm de
diámetro que cae en un recipiente que
contiene glicerina a 20 °C ( ;
). (b) Calcular el valor del
número de Reynolds correspondiente a esa
velocidad límite para asegurarte que fue
correcto utilizar la ley de Stokes en el
apartado anterior. (c) Determinar el valor
máximo del diámetro de la esfera de acero
que aún permite utilizar la ley de Stokes.
17. Un depósito de grandes dimensiones desagua
mediante un tubo sifón de sección A y
terminando en un estrechamiento de sección
A/4, como se indica en la Fig. 11. (a)
Determinar la presión en A. (b) Calcular el
valor máximo de h3 para que el depósito
continúe desaguando.
Figura 11
18. Un tubo horizontal de radio igual a 10 cm
esta unido a un segundo tubo horizontal de
radio igual a 5 cm entre los dos tubos hay una
diferencia de presiones de 18kPa. ¿Qué
volumen de agua fluye a través de los tubos
por segundo?
19. Dos placas d vidrio, paralelas, anchas y
limpias, separadas por una distancia d=1mm
se colocan en agua. ¿Qué tan alto sube agua
debido a la acción de capilaridad lejos de los
extremos de las placas? Fig. 12
Figura 12
20. Un cilindro sólido A de masa 3,0 kg se
desliza hacia abajo dentro de un tubo, como
se muestra en la Fig. 13. El cilindro es
perfectamente concéntrico con la línea central
del tubo con una película de aceite entre la
superficie interna del tubo. El coeficiente de
viscosidad del aceite es 7x10-3
Pa.s. ¿Cuál es
la velocidad límite del cilindro? Ignore los
efectos de presión del aire.
Figura 13
21. Un cilindro macizo de radio R = 10 cm y
altura h = 10 cm gira en el interior de otro
cilindro hueco de radio R + 2 mm y altura h +
4 mm. En el espacio entre ambos cilindros
existe un liquido de viscosidad 84 cP que
rodea totalmente el cilindro interior.
Determínese el momento que hay que aplicar
al eje del cilindro móvil y potencia necesaria
para mantener una velocidad de rotación
constante de 1000 r.p.m.
Figura 14
22. Encuentra la relación entre el número de
Reynolds de un objeto que se mueve con
igual velocidad en el aire y en el agua.
23. Estima aproximadamente el número de
Reynolds de:
a) Un nadador capaz de hacer 100
m en 52 s.
b) Un atleta que recorre 100 m en
10 s.
c) Un submarino de de 3 m de radio
viajando a 36 km/h.
d) Un avión de 3 m de radio
volando a 900 km/h.
e) Una partícula de una micra de
diámetro que se desplaza en el
agua a 0,01m/s
24. ¿Para qué caudal se volvería turbulento un
flujo de agua en una tubería de 1 cm de
diámetro?
25. Una aorta posee una sección de 4 cm2. ¿A
qué velocidad comenzará a hacerse turbulento
el flujo sanguíneo? ¿Cuál será entonces el
caudal?