problemas propuestos

1. Curso: Física II, Ingeniería sanitaria
Docente : Manuel Carnero Arroyo Archivo: 05Phidrodinamica2021-I
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MECANICA DE FLUIDOS: HIDRODINÁMICA
1. Se necesita llenar una piscina circular con
diámetro de 15m a una profundidad de 3m.
Determinar el flujo de entrada en m3
/s si la
piscina se llena en 2 horas. Encuentre la
cantidad de mangueras de 5,1cm de
diámetro que se requieren si la velocidad del
agua no debe exceder de 30,5cm/s.
2. En una tubería horizontal hay dos secciones
diferentes, cuyos radios son 20cm y 8cm
respectivamente. En cada sección hay un
tubo vertical abierto a la atmósfera, y entre
ellos se aprecia una diferencia en el nivel
que alcanza el líquido que circula por la
tubería. (a) ¿Cómo varía la diferencia de
nivel entre los dos tubos abiertos si el caudal
se duplica? ¿En cuál de ellos es mayor la
altura alcanzada por el líquido? (b) Si la
densidad del líquido circulante es
1,060g/cm3
y su velocidad en la parte ancha
es 2,5m/s, determinar la diferencia de nivel
en los tubos abiertos y la diferencia de
presiones entre ambas secciones de la
tubería.(Fig.1)
Fig.1
3. Del depósito A de la Fig.2 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 10 cm y la del orificio C, 4
cm. Calcular:
 La velocidad del agua que sale por el
orificio C.
 La presión del agua en el punto P
depósito pequeño B.
 La altura h del agua en el manómetro
abierto vertical.
Fig.2
4. El suministro de agua de un edifico 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 edificio)
5. Calcule el caudalde agua en el venturímetro
vertical de la fig.3 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.
Fig.3
6. Un bloque de acero (ρr=7,87), de forma
cúbica de 30 cm de arista,es empujado,para
hacerlo subir por un plano de 10º de
A
B
Hg
L1

2. 2
inclinación. Para reducir elrozamiento,se ha
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 que el bloque suba por
el plano con una velocidad constante de
15cm/s.
7. Por una tubería lisa de 8” de diámetro
continuo y una longitud de 1 Km, se
bombea agua a una temperatura de 20 °C
hasta una altura de 30,9 m. La tubería
descarga en un tanque abierto a la presión
atmosférica con una rapidez de 0,4 lt/s.
Calcule:
a) El tipo de régimen del fluido en la
tubería
b) La caída de presión en la tubería
c) La potencia de la bomba, necesaria para
subir el agua con el gasto indicado
8. A través de una tubería lisa de 2Km de
longitud y 15 cm de diámetro ha de
bombearse aceite de viscosidad 300cP y
densidad ρr= 0,90 desde un gran depósito
abierto a otro. La tubería descarga en el aire
en un punto situado a 40m por encima del
nivel del aceite en el depósito de suministro.
a) ¿Qué presión manométrica ha de ejercerla
bomba para mantener un caudal de 5x10-2
m3
/s? b) ¿Cuál es la potencia consumida por
la bomba?
9. Determine la presión de aire requerida por
encima del aire del depósito de la Fig. 4 para
que el chorro de agua ascienda a 12 m desde
la boquilla, siendo h = 1,8 m.
Fig.4
10. El agua embolsada tras una cortina de una
presa tiene una profundidad de 15,2m. Un
tubo horizontal de 4,30cm de diámetro pasa
a través de la cortina a 6,15m bajo la
superficie del agua, como se muestra en la
Fig.5. 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?
Fig.5
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. 6. ¿Cual 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?
Fig.6
12. El medidor de venturi de la Fig.7 lleva agua
a 60 ºC. 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.

3. Curso: Física II, Ingeniería sanitaria
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Fig. 7
13. Por una manguera de 6,35 cm de diámetro fluye
agua con un caudal de 0,012m3
/s, la manguera
termina en una boquilla de 2,20 cm de diámetro
interior. (a)¿Cuál esla rapidez con la que sale el
agua de la boquilla? (b) Si la bomba que se
encuentra al otro extremo de la manguera y la
boquilla están a la misma altura ¿qué presión
tiene la bomba?
14. A través de una tubería horizontal ramificada
fluye agua como se muestra en la Fig. 8.
Determinar la presión en la sección 3.
Fig. 8
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 de 4,67 cm/s,
calcúlese su viscosidad. Determinar si el
flujo es laminar.
Fig. 9
16. (a) Determinar la velocidad límite de una
esfera de acero (ρr= 7,87) de 2mm de
diámetro que cae en un recipiente que
contiene glicerina a 20ºC (ρr =1,26; η = 1,49
Pa.s). (b) Calcular el valor del número de
Reynolds correspondiente a esa velocidad
límite para asegurarse de que fue correcto
utilizar la ley de Stokes en el apartado
anterior. (c) Determinar elvalor 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
terminado en un estrechamiento de sección
A/4, como se indica en la Fig.10. (a)
Determinar la presión en A. (b) Calcular el
valor máximo de h3 para que el depósito
continúe desaguando.
Fig.10
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?

4. 4
19. Un aeroplano tiene un área de ala (de cada
ala) de 12,5m2
. A cierta velocidad del aire,
éste fluye sobre la superficie superior del ala
a razón de 49,8m/s y sobre la superficie
inferior del ala a 38,2m/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.
20. En el dispositivo de la Fig. 13, un fluido
ideal (densidad, ρ) circula por una tubería
de sección constante con una velocidad v.
La tubería lleva acoplados dos tubos
piezométricos, que permiten medir la
presión estática y la presión dinámica,
respectivamente. Sea ρm la densidad del
líquido manométrico. Expresar la velocidad
v del fluido en función de la diferencia de
cotas h.
Fig. 13