Universidad San SebastianFacultad de Ingenierıa y TecnologıaINGE1018 - Mecanica de Fluidos

PMB/

Guıa 1

1. Sistemas de unidades

1. Exprese las cantidades en las unidades que se indican.

a) 14,34 ft2 en in2.

b) 14,34 ft2 en mi2.

c) 14,34 ft2 en m2.

d) 28,0oz en lbm.

e) 28,0oz en slug.

f ) 28,0oz en g.

g) 32,2 ft/s2 en m/s2.

h) 22,48 lbf en N.

i) 1,0000atm en Pa.

j ) 1,0000atm en bar.

k) 1,0000atm en psi.

l) 1,0000atm en psf .

m) 1,29kg/m3 en lbm/ft3.

n) 1475,2 lbf ft/s en W.

2. Propiedades de los fluidos

1. Determine el peso en libras de objeto cuya masa es 3,00 slug en un lugar donde la aceleracionde gravedad es 31,7 ft/s2.

2. Un fluido tiene una densidad relativa de 0,83 y una viscosidad cinematica de 4St ¿Cual essu viscosidad en unidades SI?

3. ¿Cual es el volumen especıfico en pies cubicos por libra de masa y en pies cubicos por slug deun lıquido con densidad relativa 0,75?

4. Dos fluidos se mezclan en forma inhomogenea quedando burbujas en la suspension. La mezclacon las burbujas ocupa un volumen total de 1,2 l. Si las densidades y masas de cada fluidoson: ρ1 = 1,00g/cm3, m1 = 600g, ρ2 = 0,8g/cm3, m2 = 400g y considerando despreciablela masa del aire en las burbujas, calcule:

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a) El volumen total de las burbujas.

b) La densidad total de la mezcla.

5. Una fuerza expresada por F = 4ı+ 3+ 9k, actua sobre un area cuadrada de 2×2 en el planoxy. Descompongase esta fuerza en una componente normal y una componente tangencial.¿Cuales son la presion y el esfuerzo cortante?.

6. Clasifique las siguientes sustancias A,B y C mantenidas a temperatura constante en newto-nianas o no newtonianas.

A∂v∂y rad/s 0 3 4 6 5 4

τ lb/ft2 2 4 6 8 6 4

B∂v∂y rad/s 0 0.5 1.1 1.8

τ lb/ft2 0 2 4 6

C∂v∂y rad/s 0 0.3 0.6 0.9 1.2

τ lb/ft2 0 2 4 6 8

7. Un esfuerzo cortante de 4 dina/cm2 causa una deformacion angular de 1 rad/s a un fluidonewtoniano. ¿Cual es la viscosidad en centipoises?.

8. En un punto en un flujo viscoso, el esfuerzo cortante es de 35 kPa y el gradiente de velocidad esde 6000 m/s ·m. Si la densidad relativa del lıquido es 0,93. ¿Cual es la viscosidad cinematica(en Stokes)?.

9. Una placa situada a 0,5 mm de otra fija, se mueve a 0,25 m/s y requiere una fuerza por unidadde superficie de 2 N/m2, para mantener esta velocidad. Calculese la viscosidad absoluta delfluido situado entre las dos placas, en unidades del sistema internacional; ası como la velocidadde deformacion angular de dicho fluido.

10. Un cuerpo con peso de 120 lb con area superficial plana A = 1 ft2, se desliza hacia abajo sobreun plano inclinado lubricado que forma un angulo de 30◦ con la horizontal. Para viscosidadde 1 P y velocidad del cuerpo de 3 pie/s, determınese el espesor de la pelıcula lubricante.

11. Un cuerpo de 40 kg de peso, resbala sobre un plano inclinado 30◦ con la horizontal, apoyandoseen una de sus caras planas de 1800cm2 de superficie. Para una viscosidad de 1 P y unavelocidad de 1,5 m/s. Determinar el espesor de la pelıcula lubricante y la potencia absorbidaen el deslizamiento en kW.

12. Dos superficies planas de grandes dimensiones estan separadas 32 mm y el espacio entre ellasesta lleno con un lıquido cuya viscosidad es de 0,15 poises. Suponiendo que el gradiente develocidades es lineal, ¿que fuerza se requiere para arrastrar una placa de muy poco espesor y0,5 m2 de area a la velocidad constante de 20 cm/s si la placa dista 10 mm de una de lassuperficies?

13. Un cilindro de 20 lb de peso se desliza dentro de un tubo lubricado. La holgura entre elcilindro y el tubo es 0,001 pulg. Si se observa que el cilindro se desacelera a una tasa de

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2 pie/s2 cuando la velocidad es 20 pie/s, ¿Cual es la viscosidad del aceite?. El diametro delcilindro D es 6 pulg y la longitud L es 5 pulg.

14. Calcular la presion dentro de una gota de agua de 1 mm de diametro, siendo la tensionsuperficial del agua 0,0720 N/m.

15. Una cantidad de agua destilada a 20◦ dentro de un tubo de vidrio de 6 mm de diametro llegahasta una altura de 22 mm. ¿Cual es la altura estatica verdadera?. Densidad del agua a 20◦

ρ = 998,88 kg/m3, tension superficial σ = 0,0728 N/m.

16. ¿Cual es el diametro necesario para que en un tubo de vidrio el descenso capilar del mercuriosea de 1 mm, siendo la tension superficial del mercurio 51,33 × 10−2 N/m y sabiendo quelas fuerzas son despreciables frente a las de cohesion?.

17. Se introduce un tubo capilar de seccion cuadrada de 1,5 mm de lado en un vaso conteniendoalcohol. ¿Cual sera la altura a la que ascendera el alcohol por el tubo, en el supuesto de quelas fuerzas de cohesion del lıquido sean despreciables frente a las de adhesion entre lıquido ysolido? Tension superficial del alcohol σ = 0,023 N/m; densidad relativa del mismo D.R. =0,9.

18. En una cubeta de agua, se introducen dos placas de vidrio limpio paralelas separadas unadistancia d = 2,00 mm, si la densidad del agua estandar es ρagua = 1000 kg/m3 = 1 g/cm3,la tension superficial agua-aire es σagua = 7,54 × 10−2 N/m, la densidad del aceite: ρaceite =917 kg/m3 = 0,917 g/cm3 y la tension superficial aceite-aire es σaceite = 0,036 N/m, calcule:

a) la altura por sobre el nivel del agua entre las placas, considere placas muy largas (L >>d).

b) la distancia entre las placas, si el fluido es aceite y la altura es h = 5,00 mm. Use laaproximacion de placas muy largas.

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