INGENIERÍA EN AGROINDUSTRIAS - IPLA GUÍA CONTROL 2 Pregunta 1 Explique cómo se forman burbujas al echar jabón al agua y por qué se rompen al inflarse mucho. El jabón produce un aumento de la tensión superficial en el agua. Debido a eso, las moléculas de agua tienen mayores fuerzas de cohesión entre ellas, formando así las burbujas. Las burbujas se rompen cuando se inflan porque la tensión entre las moléculas aumenta y finalmente vence a la tensión superficial. En una fábrica de oxígeno se almacena 1 m3 de ese gas en un cilindro de hierro a 5 atm de presión. ¿Qué volumen habrá adquirido si inicialmente la presión era de 1 atm?. Boyle: P1 x V1 = P2 x V2 1 atm x V1 = 5 atm x 1 m3 V1 = 5 m3 Explique el concepto de capilaridad. Capilaridad es un fenómeno que ocurre cuando las fuerzas de adhesión de las moléculas de agua sobre las moléculas de otro objeto son mayores a las fuerzas de cohesión entre las mismas moléculas de agua. De este modo, el agua puede “ascender” por distintos materiales. Pregunta 2 Considérese una manguera de sección circular de diámetro interior de 2 cm, por la que fluye agua a una tasa de 0,25 litros por cada segundo. El orificio de la boquilla de la manguera es de 1 cm de diámetro interior. a) ¿Cuál es la velocidad del agua en la manguera? b) ¿Cuál es la velocidad de salida del agua? Solución: Disponemos del flujo de agua que circula por la manguera que es de 0,25 Lt/s, de tal manera que: Q = Am .vm por lo que : vm: velocidad del agua en la manguera Am: sección transversal de la manguera Por continuidad, se debe cumplir la relación: Am .vm = Ab . vb INGENIERÍA EN AGROINDUSTRIAS - IPLA vb: velocidad del agua en la boquilla Ab: sección transversal de la boquilla De donde se tiene: vb = 3,165 m/s Pregunta 3 Por la tubería horizontal representada en la figura circula agua. El diámetro de las secciones 1 y 3 es D = 20 cm, reduciéndose en la sección 2 a la mitad. Considere g = 10 m/s2. a) Ordenar presiones y velocidades en los puntos 1, 2, 3 de mayor a menor b) Calcular el caudal, expresado en litros por segundo, si la diferencia de presiones entre ambas secciones es 0,3 Pa Solución: a) Dado que no hay pérdidas, y debido a que las secciones 1 y 3 son iguales y la 2 es menor: P1 = P3 > P2 b) Para obtener el caudal, debemos obtener la velocidad y el área transversal en una sección. Pero para obtener la velocidad debemos usar la Ec. de Bernoulli: B1 = B2 Z1 + P1/γ + v12/2g = Z2 + P2/γ + v22/2g Z1 = Z2 pues ambos puntos están a la misma cota P1/γ + v12/2g = P2/γ + v22/2g (*) Podemos relacionar las velocidades en 1 y 2: D1 = 0,2 m D2 = 0,1 m R1 = 0,1 m R2 = 0,05 m A1 = π . R12 = 3,14 . (0,1)2 = 3,14 . 0,01 m2 A2 = π . R22 = 3,14 . (0,05)2 = 3,14 . 0,0025 m2 A1 = 0,0314 m2 A2 = 0,00785 m2 INGENIERÍA EN AGROINDUSTRIAS - IPLA v1 . A1 = v2 . A2 v1 = v2/4 o v1 = v2 . A2/A1 A2/A1 = 0,00785 m2/0,0314 m2 = 0,25 v2 = 4 v1 v12 = v22/16 o v22 = 16 v12 Luego, de (*) P1/γ - P2/γ = v22/2g - v12/2g Como γ = ρ . g, si multiplicamos ambas ecuaciones por γ P1 - P2 = γ . v22/2g - γ . v12/2g P1 - P2 = ρ . g . v22/2g - ρ . g . v12/2g P1 - P2 = ρ . v22/2 - ρ . v12/2 = ρ/2 . (v22 - v12) 0,3 Pa = (1.000kg/m3)/2 . (16 v12 – v12) 0,3 kg/ms2 = 500 kg/m3 . 15 v12 v12 = 0,00004 m2/s2 v1 = 0,0063 m/s v2 = 0,0252 m/s Q = v1 . A1 = 0,0063 m/s . 0,0314 m2 Q = 0,0002 m/s Pregunta 3 Se tiene la tubería de la figura: a) Determinar los valores de la altura de velocidad y de altura de presión en los puntos 2 y 3. Considere la altura total B = 10 m. b) Esquematice la línea de altura total, la cota y las alturas de velocidad y presión, con los valores en metros, para 1, 2 y 3. Datos: Z1 = 4 m Z2 = 3 m Z3 = 2m VA = 3 m/s VB = 2 m/s INGENIERÍA EN AGROINDUSTRIAS - IPLA Solución: a) Los valores de altura de velocidad se calculan a partir de los valores de velocidad en los puntos 2 y 3. V2 = VA = 3 m/s V3 = VB = 2 m/s V22/2g = 0,45 m 2 V3 /2g = 0,2 m altura de velocidad en 2 altura de velocidad en 3 Se sabe además que si no hay pérdidas, en todos los puntos deberá cumplirse lo siguiente: B = z + P/γ + V2/2g En este caso, la altura total B, la altura de velocidad V2/2g y z son conocidos en los puntos 2 y 3, por lo que bastaría despejar la ecuación para obtener la altura de presión en cada caso. En el punto 2: B2 = z2 + P2/γ + V22/2g 10 m = 3 m + P2/γ + 0,45 P2/γ = 10 m – 3 m – 0,45 m P2/γ = 6,55 m En el punto 3: B3 = z3 + P3/γ + V32/2g 10 m = 2 m + P3/γ + 0,2 P3/γ = 10 m – 2 m – 0,2 m P3/γ = 7,8 m b) Primero hay que obtener la altura de velocidad en el punto 1. Se sabe que la velocidad en el punto 1 será la misma que en el punto 2, puesto que el diámetro de la tubería no cambia: V1 = V2 = VA = 3 m/s Luego, V22/2g = V12/2g = 0,45 m Entonces: B1 = z1 + P1/γ + V12/2g 10 m = 4 m + P1/γ + 0,45 P1/γ = 10 m – 4 m – 0,45 m P1/γ = 5,55 m El esquema queda así: INGENIERÍA EN AGROINDUSTRIAS - IPLA
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