Miguel Ramos Sainz Página 1 27/04/02

FÍSICA AMBIENTAL (FA)(Grupo del Prof. Miguel RAMOS)

Hoja de problemas 5.

Tema 5.- Fluidos reales: Leyes de conservación.

1. El flujo de un fluido incompresible recorre la tubería de la figura 1, entra por lasuperficie de control 1 y sale por la 2 y 3. El gasto másico a la salida de la tubería en lasuperficie de control 3, es un cuarto del que entra por la superficie 1. El diámetro de latubería 2 es la mitad que la 1 y la velocidad estacionaria del fluido en 3, es la mitad queen 1. Determina, la velocidad estacionaria en 2 en función de la velocidad estacionariadel fluido a la entrada y el diámetro de la tubería en 3 en función del diámetro a laentrada.

2. El dispositivo sobre ruedas de la figura 2 se mueve en el eje x con una velocidadestacionaria u= 8 m/s al ser empujado por un haz de agua, que es emitido con unavelocidad vi= 25 m/s por una tobera en reposo, con un área de salida de 25 cm2. Cuándoel agua abandona este dispositivo, lo hace formando 50º con el eje x. Calcula la fuerzaque ejerce el agua sobre el dispositivo para ponerlo en movimiento.

ρagua = 998.3Kg/m3.

3. Determina la fuerza que ejerce el fluido sobre el codo recto (90º) del grifo de la figura3, donde el flujo de masa de agua circulante es 40 Kg/s, el diámetro en 1 vale, 11.5 cmy en 2 es la mitad que en 1.

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4. El sistema sinfónico de la figura 4, con un diámetro interno de 7.5 cm se usa paraextraer agua a 20 ºC del contenedor A y desplazarla al B. Cuando se alcanza el régimenestacionario, el caudal o gasto volumétrico a través del sifón es 0.03 m3/s. Determina loque se eleva el sifón por arriba de la superficie del contenedor A, cuando la mínimapresión en el sifón sea igual a la presión de vapor de agua. Considera que laprofundidad de agua en el contenedor A no varía y que las pérdidas de carga debidas ala fricción y a la transferencia de calor son nulas.

Pvagua(20ºC) = 2.339Kpa.

5. Cuando se producen vientos muy fuertes, la presión atmosférica dentro de una casapuede hacer volar su techo debido a la reducción de la presión exterior. Calcula lafuerza ejercida sobre un techo cuadrado de 15 m de lado, si la velocidad del vientosobre el techo es de 30 m/s.

6. Un bombero sujeta una manguera con un codo como se indica en la figura 5. De lamanguera sale agua en un chorro de 1.5 cm de radio con una velocidad de 30 m/s.

a) ¿Qué masa de agua sale de la manguera en 1 s?b) ¿Cuál es la cantidad de movimiento horizontal de esta agua?c) Antes de llegar al codo el agua tiene una cantidad de movimiento hacia

arriba, mientras que después es horizontal. Dibuja el diagrama vectorialde los vectores cantidad de movimiento del agua en el codo en 1 s. Apartir de este valor halla la fuerza ejercida sobre el agua por la manguera.