Transferencia De Fluidos, Ejercicios

Prueba después del interciclo (Septiembre – Febrero 2019) La instalación de la figura se utiliza para alimentar, desde el depósito 1 (D1) los depósitos 2 y 3 (D2 Y D3). Además de las conducciones, cuyas características aparecen en la figura, están instaladas dos válvulas de paso anular de 200 mm de diámetro (V2 Y V3), VRP: Válvula reductora de presión, con pasos en V, D=10’’.K=62 La V3 está abierta en un 90% mientras que la VRP tiene una presión de calibración de 30 mca. La válvula V2 está también parcialmente abierta. Se pretende, asimismo, que el caudal hacia el depósito V2 sea de 25 l/s. En todos los casos (V2 Y V3) la conducción descarga en el depósito por la parte superior del mismo, a una altura fija. Se suponen despreciables las pérdidas de carga entre las válvulas V2 Y V3 y sus respectivos depósitos, al encontrarse éstas al lado de los mismos. Las válvulas V2 Y V3 están ubicadas 10 m por debajo de la altura de entrada de los depósitos, mientras que la VRP, que está regulando, está situada a una altura de 20 m. Determinar: 1.-Caudal circulante Q1 y Q3. 2.-Grado de apertura de la VRP. Análisis de cavitación en la misma.

Exámen Final (Septiembre – Febrero 2019) Especifique una bomba apropiada para el sistema de la figura 13.52. Es una combinación de sistema en serie y paralelo que opera como sigue.  

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Se lleva agua a 160 °F a razón de 275 gal/min de un tanque a la línea de succión de la bomba. La línea de succión tiene una longitud total de 10 pies. La línea de descarga de 3 pulgadas se eleva 15 pies sobre el agua, hasta el nivel de un intercambiador de calor grande. La línea de descarga tiene una longitud de 40 pies en total. El flujo se bifurca en dos ramas, la línea principal es de 3 pulgadas y alimenta un intercambiador grande de calor que tiene un factor K de 12, con base en la carga de velocidad en la tubería. Lo longitud total de la tubería en este ramal es de 8 pies. La línea de 1 pulgada es una desviación alrededor del intercambiador de calor, con 30 pies de longitud total. Las dos líneas se reúnen por la derecha y descargan a la atmósfera a través de una tubería corta de 3 pulgadas. Todas las tuberías son de acero cédula 40.

Para este sistema, que trabaja en las condiciones de operación deseada, determine: a) b) c) d) e) f) g)

La presión en la entrada de la bomba. La NPSH disponible en la entrada de la bomba. La presión en el punto A. antes de las ramas. El flujo volumétrico a través de la línea del intercambiador de calor. El flujo volumétrico a través de la línea de desvío. La carga total sobre la bomba. La potencia transmitida al agua por la bomba.

Después, especifique una bomba apropiada para este sistema, la cual entregaría un flujo deseado de 275 gal/min, al menos. Para la bomba seleccionada, determine: h) i) j) k)

El flujo volumétrico real esperado que produce la bomba en el punto de operación. La potencia de entrada a la bomba. La NPSH requerida. La eficiencia en el punto de operación.

Problema modelo 13.4 (Mott, pag 437) La figura 13.40 muestra un sistema en el que se requiere que la bomba distribuya al menos 225 gal/min de agua a 60 °F, de un deposito inferior hacia un tanque elevado que se mantiene a una presión de 35.0 psig. Diseñe el sistema y especifique una bomba apropiada. Después, determine el punto de operación para la bomba del sistema diseñado y de los parámetros de rendimiento para la bomba en el punto de operación.

Problema modelo 13.3 (Mott, pag 433) Determine la NPSH disponible para el sistema de la figura 13.38(a). El fluido está en un tanque cerrado con presión de - 20 kPa sobre el agua a 70 °C. La presión atmosférica es de 100.5 kPa. El nivel del agua en el tanque es de 2.5 m sobre la entrada de la bomba. La tubería es de acero, de 1 1/2 pulgadas cédula 40 y longitud total de 12.0 m. El codo es estándar, la válvula es de globo y está abierta por completo. El flujo volumétrico es de 95 L/min.

12.1 (Sistemas con dos ramas, Mott (pag, 349)) La figura 12.6 muestra un sistema ramificado donde la presión en el punto A es de 700 kPa, y en el B es de 550 kPa. Cada rama mide 60 m de largo. Ignore las pérdidas en las intersecciones, pero tome en cuenta todos los codos. Si el sistema conduce aceite con peso específico de 8.80 kN/m3, calcule el flujo volumétrico total. El aceite tiene viscosidad cinemática de 4.8 X 10 m /s.

12.3 Por el sistema de tubería ramificado que se aprecia en la figura 12.7, en el punto A circulan 850 L/min de agua a 10 °C. Por una tubería de 4 pulgadas, cédula 40. El flujo se bifurca en dos tuberías de 2 pulgadas, cédula 40. Según se observa, y vuelve a unirse en el punto B. Calcule (a) el flujo volumétrico en cada una de las ramas y (b) la diferencia de presión pA — pg. Incluya el efecto de las pérdidas menores en la rama inferior del sistema, la longitud total de la tubería de la rama inferior es de 60 m. Los codos son estándar.

12.4 (Mott, pag 395) Por el sistema de tubería ramificada que se muestra en la figura 12.8, fluyen por una tubería de 8 pulgadas 1350 gal/min de benceno (sg = 0.87) a 140 °F. Calcule el flujo volumétrico en las tuberías de 6 y 2 pulgadas. Todas las tuberías son de acero estándar cédula 40.

12.5 (Mott, pag 395) Un tubo de 150 mm se ramifica en dos, uno de 100 mm y otro de 50 mm, como se aprecia en la figura 12.9. Ambos tubos son de cobre y miden 30 m de longitud. (El fluido es agua a 10 °C.) Determine cuál debe ser el coeficiente de resistencia K de la válvula, con el fin de obtener el mismo flujo volumétrico de 500 L/min en cada rama.

12.6 (Mott, pag 396) En el sistema de la figura 12.10 la presión se mantiene constante a 20 psig. El flujo volumétrico total en el punto B de la tubería depende de cuáles válvulas estén abiertas o cerradas. Para cada codo utilice K=0.9, pero ignore las pérdidas de energía en las tes. Asimismo, debido a que la longitud de cada es corta, ignore las pérdidas por fricción en la tubería. La tubería en la rama 1 tiene un diámetro interno de 2 pulgadas y la rama 2 tiene otro de 4 pulgadas. Calcule el flujo volumétrico del agua para cada una de las condiciones siguientes : a. Ambas válvulas abiertas. b. Sólo está abierta la válvula de la rama 2 c. Sólo está abierta la válvula de la rama 1

12.9 (Redes, Mott(pag.396)) Encuentre el flujo volumétrico del agua a 60 °F en cada tubería de la figura 12.11.

12.10 (Mott, pag.396) La figura 12.12 representa un sistema de aspersión de rocío por el que fluye agua a 15 °C. Todos los tubos son de cobre de 3 pulgadas tipo K. Determine el flujo volumétrico en cada tubo.

Problema modelo 12.1 (Mott, pag.379) En la figura 12.2, de la sección 1, fluyen por una tubería de acero de 2 pulgadas, cédula 40 100 gal/min de agua a 60 °F. El intercambiador de calor en la rama a tiene un coeficiente de pérdida de K = 7.5, con base en la carga de velocidad en la tubería. Las tres válvulas se encuentran abiertas por completo. La rama b es una línea de desviación que se compone de una tubería de acero de 1 'A pulgada, cédula 40. Los codos son estándar. La longitud de la tubería entre los puntos 1 y 2 en la rama b es de 20 pies. Debido al tamaño del intercambiador de calor, la longitud de la tubería de la rama a es muy corta, y es posible ignorar las pérdidas por fricción. Para este arreglo, determine (a) el flujo volumétrico del agua en cada rama y (b) la caída de presión entre los puntos 1 y 2.

Nota: En la figura 11.24 se presenta un sistema empleado para bombear refrigerante de un tanque colector hacia otro elevado, en el que se enfría. La bomba envía 30 gal/min. Después, el refrigerante regresa por gravedad hacia las máquinas que lo necesitan. El líquido tiene una gravedad específica de 0.92 y viscosidad dinámica de 3.6 X 10~5 lb*s/pies2. Este sistema se utiliza para los problemas 11.22 a 11.24. a) Para el sistema de la figura 11.24, calcule la presión en la entrada de la bomba. El filtro tiene un coeficiente de resistencia de 1.85, con base en la carga de velocidad de la línea de succión. b) En relación con el sistema de la figura 11.24, determine la carga de total sobre la bomba, así como la potencia trasmitida al refrigerante por la bomba. c) En el sistema de la figura 11.24, especifique el tamaño de la tubería de acero cédula 40 que se requiere para que el fluido regrese a las máquinas. La máquina 1 necesita 20 gal/min y la 2 requiere 10 gal/min. El fluido sale de los tubos de las máquinas a 0 psig.

1-19 (Problemas de Ing, Ocon Tojo Vol1) La instalación representada esquemáticamente en la figura 1-12 corresponde a una línea de conducción de agua desde el depósito A hasta el punto de utilización en B. El consumo horario de agua en B es de 4m3, a 20 °C. Determínese el nivel de agua que ha de mantenerse en el depósito, medido sobre el fondo del mismo, para lograr el caudal deseado.

1-48 (Problemas de Ing, Ocon Tojo Vol1) Por una tubería de hierro de 5’’ se conduce a 85 °C una corriente de aire hasta un secadero. Para la medida del caudal se dispone de un diafragma de cantos vivos de 5 cm de diámetro, y la lectura obtenida en un manómetro diferencial de mercurio con las tomas situadas a ambos lados del diafragma es de 12 cm Hg. Si la presión manométrica del aire en un punto próximo al diafragma es de 5 cm Hg y la presión externa 740 mm Hg, determínese la cantidad de aire que entra por hora al secadero.

Por una tubería de acero de 4 pulgadas cedula 40, circula agua con caudal constante que se determina por medio de un diafragma de cantos vivos de 6cm de diámetro, dándonos el manómetro diferencial conectado a ambos lados del diafragma una lectura de 20 cm de Mercurio. Diez metros aguas abajo del diafragma se divide la corriente de agua en dos ramales de diámetro es 2 pulgadas cada uno, y longitud de 150 m, nuevamente se unen hacia una descarga. Cada ramal tiene dos codos de radio largo. Y el ramal superior una válvula de compuerta abierta por completo. Calcular el caudal en cada uno de los ramales.

Método de Karman.- Por un sistema de tuberías en paralelo circulan 200 m3/h de H2O a 20 °C, el sistema está formado por 3 tuberías con las siguientes características. Las tuberías son de acero cedula 40, Calcular los caudales internos: Ramal Ramal Ramal 1 2 3 L= 2500 m D= 6’’

2000 m

2700 m

5’’

4’’

Un ducto transporta petróleo crudo sg= 0,93 a 1200 L/min está hecho de tubería de acero de 6 pulgadas cedula 80. Las estaciones de bombeo están separadas 3,2 km. Si el petróleo está a 10 °C, Calcule: a) Caída de presión entre las estaciones b) Potencia que se requiere para mantener la misma presión en la entrada de cada bomba.

Exámen.- Por una tubería de acero de 1 pulgada. Cédula 80 fluye petróleo credo 60 m hacia abajo en forma vertical a una velocidad de 0,64 m/s. El petróleo tiene una gravedad específica de 0,86 y está a 0 °C. Calcule la diferencia de presión entre las partes superior e inferior de la tubería.

Cavitación.- Una válvula reductora de presión de 8 pulgadas de diámetro, con abertura en V está calibrada a una Presión de 30 mca, calcular la Presión a la salida, grado de abertura y determinar si cavita o no para los siguientes casos: P.in (mca) A 48 B 32 C 50 D 30

Una válvula reductora de presión con abertura en V con diámetro de 6 pulgadas está calibrada a una presión de 20 mca (Metros columna de agua), para los siguientes casos determinar:   

Presión a la salida de la válvula Grado de abertura Comprobar si cavita o no

Exámen Interciclo (Septiembre – Febrero 2019) (8-42 Mott, pag.268) Para el sistema de la figura 8.16, calcule la potencia que la bomba trasmite al agua si mueve 50 gal/min de agua a 60 °F hacia el tanque. El aire en el tanque se encuentra a 40 psig. Considere la pérdida por fricción en la tubería de descarga de 225 pies de largo e ignore las demás. Después, rediseñe el sistema con el empleo de un tamaño de tubería más grande, con el fin de reducir la pérdida de energía y reducir la potencia que se requiere a no más de 5.0 hp.

8.41 (Mott, pag.268) Desde el depósito de la figura 8.15 y por el tubo que se aprecia, fluye agua a 10 °C, a razón de 900 L/min. Calcule la presión en el punto B; tome en cuenta la pérdida de energía debido a la fricción, pero ignore las demás.

8-49 (Mott, pag.270) En la figura 8.19 se ilustra una bomba que recircula 300 gal/min de aceite lubricante pesado para máquinas herramientas, a 104 °F, con objeto de probar la estabilidad del aceite. La longitud total de la tubería de 4 pulg es de 25.0 pies, y la de la tubería de 3 pulg es de 75.0 pies. Calcule la potencia que la bomba trasmite al aceite.

9.23E.- En la parte sombreada del ducto de la figura 9.16 fluye dióxido de carbono con peso específico de 0.114 lb/pies3 y viscosidad dinámica de 3.34 X 10 ^-7 lb-s/pies2. Si el flujo volumétrico es de 200 pies3/min, calcule el número de Reynolds del flujo.

9.47E En la figura 9.25 se ilustra la forma en que fluye etilenglicol (sg = 1.10) a 77 °F alrededor de los tubos y dentro del pasaje rectangular. Calcule el flujo volumétrico del etilenglicol, en gal/min, que se requiere para que el flujo tenga un número de Reynolds de 8000. Después determine la pérdida de energía a lo largo de una longitud de 128 pulg. Todas las superficies son de latón.

11.2M.- Por el sistema de la figura 11.12 va a forzarse la circulación de keroseno (sg = 0.82) a 20 °C, del tanque A al depósito B, por medio del incremento de la presión sobre el keroseno que se encuentra en el tanque A, sellado. La longitud total de la tubería de acero de 2 pulgadas cédula 40 es de 38 m. El codo es estándar. Calcule a presión que se requiere en el tanque A para ocasionar un flujo volumétrico de 435 L/min.

11.6M.- Para el sistema de la figura 11.16, calcule la distancia vertical entre las superficies de los dos depósitos cuando fluye agua a 10 °C del punto A al B. a razón de 0.03 m3/s. Los codos son estándar. La longitud total del tubo de 3 pulgadas es de 100 m. La del tubo de 6 pulgadas es de 300 m.

11.15 M.- A través del sistema que se muestra en la figura 11.20 circula agua a 40 °C, del punto A al B. Determine el flujo volumétrico del agua si entre los dos depósitos hay una distancia vertical de 10 m. Los codos son estándar.

11.16 M.- Cierto aceite fluye hacia el tanque abierto que se ilustra en la figura 11.21, tiene gravedad específica 0.93 y viscosidad dinámica de 9.5 x 10-3 Pa.s. El tubo de 2 pulgadas tiene una longitud total de 30 m, y el tubo de 4 pulgadas mide 100 m. Los codos son estándar Determine el flujo volumétrico hacia el tanque, si la presión en el punto A es de 175 kPa.

La figura 7.26 muestra el arreglo de un circuito para un sistema hidráulico. La bomba extrae desde un depósito aceite cuya gravedad específica es de 0.90, y lo transmite al cilindro hidráulico. El cilindro tiene un diámetro interno de 5.0 pulg, y el pistón debe recorre 20 pulg en 15 s mientras ejerce una fuerza de 11 000 Ib. Se estima que en la tubería de succión hay pérdida de energía de 11.5 lb-pie/lb, y de 35.0 lb-pie/lb en la tubería de descarga. Ambas tuberías son de acero de 3á de pulg cédula 80. Calcule lo siguiente: a. Flujo volumétrico a través de la bomba. b. Presión en el cilindro. c. Presión a la salida de la bomba. d. Presión en la entrada de la bomba. e. Potencia que la bomba trasmite al aceite.