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1. MECÁNICA DE FLUIDOS
S17 – Aplicaciones de Ingeniería

2. Logro de la sesión
Al finalizar la sesión los alumnos podrán calcular
potencia de bombas y turbinas, caudal que fluye por un
sistema de tuberías, diámetro de un sistema de tuberías.

3. Diagrama de flujo de
la energía mecánica
para un sistema de
flujo de fluido que
contiene una bomba y
una turbina.
Recordar…

4. Ejercicio 01
Entra nitrógeno a un intercambiador de calor de flujo estacionario a 150 kPa,10° C y 100
m/s, y recibe calor en una cantidad de 120 kJ/kg mientras fluye en el intercambiador de
calor. El nitrógeno sale del intercambiador a 100 kPa con una velocidad de 200 m/s.
Determine el número de Mach del nitrógeno en la entrada y en la salida del intercambiador
de calor. (R=0.2968 kJ/kg.K,cp=1.040 kJ/kg.K, k=1.4)
SOLUCIÓN:

5. Ejercicio 01
Entra nitrógeno a un intercambiador de calor de flujo estacionario a 150 kPa,10° C y 100
m/s, y recibe calor en una cantidad de 120 kJ/kg mientras fluye en el intercambiador de
calor. El nitrógeno sale del intercambiador a 100 kPa con una velocidad de 200 m/s.
Determine el número de Mach del nitrógeno en la entrada y en la salida del intercambiador
de calor. (R=0.2968 kJ/kg.K,cp=1.040 kJ/kg.K, k=1.4)
SOLUCIÓN:
= 342.9 m/s
= 0.292
= 399 m/s

6. Problema 02
Un conducto de 4 pulgadas de diámetro lleva 0.20 pies3/s de glicerina (SG=1.26) A 100°F. ¿Es el flujo
laminar o turbulento? ρ= 1.94 slug/pie3
Solución:

7. Problema 02
Un conducto de 4 pulgadas de diámetro lleva 0.20 pies3/s de glicerina (SG=1.26) A 100°F. ¿Es el flujo
laminar o turbulento?
= 2.2929 pie/s
= 198.75Es Laminar

8. Problema 03
Un avión que vuela a 2000 m de altitud pasa directamente por arriba de un observador. Si el avión se
desplaza a un número de Mach igual a 1.5 y la temperatura ambiente es 10ºC, ¿cuán-tos segundos tiene
que esperar el observador antes de escuchar el sonido producido por el avión?
Datos:
T= 10 + 273 = 283°K; M = 1.5; Z = 2000 m
Para el aire se puede tomar: k = 1.4
Para M=1.5 se tiene V > C es decir flujo
supersónico, por lo que usaremos el cono de
Mach como referencia para resolver el
problema.
Solución:

9. Problema 03
Un avión que vuela a 2000 m de altitud pasa directamente por arriba de un observador. Si el avión se
desplaza a un número de Mach igual a 1.5 y la temperatura ambiente es 10ºC, ¿cuántos segundos tiene
que esperar el observador antes de escuchar el sonido producido por el avión? R= 0.287
𝑘𝐽
𝑘𝑔.𝐾
, k=1.4
Donde el ángulo de Mach está dado por:
La velocidad del sonido se puede calcular a partir de:
El tiempo se puede calcular a partir de la relación
Así mismo, x se calcula a partir del
cono de Mach, así:
Reemplazando valores numéricos, en
las ecuaciones anteriores se tiene que
el observador oirá el sonido luego de
un tiempo de.
=
1
1.5
= 0.66667 , α = 41.8
(1.4)(0.287
𝑘𝐽
𝑘𝑔. 𝐾
)(283𝐾)(1000
𝑚2
𝑠2
1
𝑘𝐽
𝑘𝑔
)
, x = 2236.8782
=
2000
tan 41.8
=
2236.8782
(1.5)(337.2)
= 337.2 m/s
Δt= 4.42 s

10. Problema 04
Un tanque grande de 3 m de altura está inicialmente lleno con agua. La superficie del agua en el tanque está
abierta a la atmósfera y un orificio de 10 cm de diámetro con bordes agudos, que está en el fondo del tanque,
drena a la atmósfera por un tubo horizontal de 80 m de largo. Si se determina que la pérdida irreversible total
de carga en el sistema es de 1.5 m, determine la velocidad inicial del agua proveniente del tanque. Descarte el
efecto de los factores de corrección de la energía cinética.
𝑃1
𝜌1
𝑔
+ α
𝑣1
2
2𝑔
+ z1 + hB, u =
𝑃2
𝜌2
𝑔
+ α
𝑣2
2
2𝑔
+ z2 + ht-Elec + hL
= 5.42 m/s
Solución:

11. Problema 04
Un tanque grande de 3 m de altura está inicialmente lleno con agua. La superficie del agua en el tanque está
abierta a la atmósfera y un orificio de 10 cm de diámetro con bordes agudos, que está en el fondo del tanque,
drena a la atmósfera por un tubo horizontal de 80 m de largo. Si se determina que la pérdida irreversible total
de carga en el sistema es de 1.5 m, determine la velocidad inicial del agua proveniente del tanque. Descarte el
efecto de los factores de corrección de la energía cinética.
= 0.0602 m3/s
= 0.0426 m3/s

12. Problema 05
Fluye aire por un medidor de Venturi cuyo diámetro es 2.6in en la parte de entrada (ubicación 1) y 1.8 en la
garganta (ubicación 2). Se mide que la presión absoluta es de 12.2 psi en la garganta. Desprecie los efectos de la
fricción y demuestre que el gasto volumétrico puede expresarse como: Y determine el gasto del aire. Tome la
densidad del aire como 0.075 lbm/ft3
𝑃1
𝜌1
𝑔
+ α
𝑣1
2
2𝑔
+ z1 + hB, u =
𝑃2
𝜌2
𝑔
+ α
𝑣2
2
2𝑔
+ z2 + ht-Elec + hL
Solución:
Teorema de Bernoulli modificada

13. Problema 05
Fluye aire por un medidor de Venturi cuyo diámetro es 2.6in en la parte de entrada (ubicación 1) y 1.8 en la
garganta (ubicación 2). Se mide que la presión absoluta es de 12.2 psiaen la garganta. Desprecie los efectos de la
fricción y demuestre que el gasto volumétrico puede expresarse como: Y determine el gasto del aire. Tome la
densidad del aire como 0.075 lbm/ft3

14. Problema 05
= 0.0369 ft2
= 0.0177 ft2
Fluye aire por un medidor de Venturi cuyo diámetro es 2.6in en la parte de entrada (ubicación 1) y 1.8 en la
garganta (ubicación 2). Se mide que la presión absoluta es de 12.2 psi en la garganta. Desprecie los efectos de la
fricción y demuestre que el gasto volumétrico puede expresarse como: Y determine el gasto del aire. Tome la
densidad del aire como 0.075 lbm/ft3

15. Problema 05
Qv= 4.28 ft3/s
Fluye aire por un medidor de Venturi cuyo diámetro es 2.6in en la parte de entrada (ubicación 1) y 1.8 en la
garganta (ubicación 2). Se mide que la presión absoluta es de 12.2 psiaen la garganta. Desprecie los efectos de la
fricción y demuestre que el gasto volumétrico puede expresarse como: Y determine el gasto del aire. Tome la
densidad del aire como 0.075 lbm/ft3

16. Gracias