8.1 porque los líquidos usualmente se transportan en tuberías circulares? Los líquidos se transportan en tuberías circulares, porque los tubos con una sección transversal circular pueden soportar grandes diferencias de presión entre el interior y el exterior sin sufrir ninguna distorsión significativa. 8.2 cuál es el significado del numero de Reynolds, como se define para una tubería circular de diámetro interior D y para un flujo en un ducto rectangular de sección transversal axb Número de Reynolds es la relación de las fuerzas de inercia a fuerzas viscosas, y sirve como un criterio para determinar el régimen de flujo. En grandes números de Reynolds, por ejemplo, el flujo es turbulento ya que las fuerzas de inercia son grandes en relación con las fuerzas de viscosidad, y por lo tanto las fuerzas viscosas no pueden impedir las fluctuaciones aleatorias y rápidas de los fluidos. Se define como sigue:
8.3 considere a una persona que primero se mueve en el aire y luego camina sobre el agua a la misma .velocidad. Para cual movimiento el numero de Reynolds será mayor? Número de Reynolds es inversamente proporcional a la viscosidad cinemática, que es mucho menor por el agua que para el aire (a 25 ° C, νair = 1,562 × 10-5 m2 / s y νwater = μ / ρ = 0,891 × 10-3/997 = 8,9 × 10-7 m2 / s). Por lo tanto, observando que Re = VD / ν, el número de Reynolds es mayor para el movimiento en agua para el mismo diámetro y la velocidad. 8.5 cual fluido a temperatura ambiente necesita una bomba más grande para flujo a una velocidad especifica en una tubería dada: agua o aceite de motor? ¿Por qué? La densidad del aceite es en realidad de 10 a 15% más pequeña que la del agua, y esto hace que el requisito de bombeo sea más pequeño para el aceite que para el agua. Sin embargo, la viscosidad del aceite es órdenes de magnitud mayor que la del agua, y por lo tanto es el factor dominante en esta comparación. 8.7 considere el flujo de aire y agua en tuberías del mismo diámetro, a la misma temperatura y a la misma velocidad media ¿ cual flujo es más probable que sea turbulento? Número de Reynolds es inversamente proporcional a la viscosidad cinemática, que es mucho menor por el agua que para el aire (a 25 ° C, νair = 1,562 × 10-5 m2 / s y νwater = μ / ρ = 0,891 × 10-3/997 = 8,9 × 10-7 m2 / s). Por lo tanto, para el mismo diámetro y la velocidad, el número de Reynolds será mayor para el flujo de agua, y por lo tanto es más probable que sea turbulento para el flujo de agua. 8.8 ¿ que es el diámetro hidráulico? ¿ cómo se define? Para el flujo a través de tubos no circulares, el número de Reynolds y el factor de fricción se basan en el Dh diámetro hidráulico se define como
8.10 considere flujo laminar en una tubería circular. ¿ el esfuerzo cortante en la pared será mayor cerca de la entrada de la tubería o cerca a la salida? ¿Por qué? ¿ cuál sería su rta si el flujo fuera turbulento? El esfuerzo τw de cizallamiento es más alta en la entrada del tubo en el que el espesor de la capa límite es casi cero, y disminuye gradualmente hasta el valor plenamente desarrollado. Lo mismo es cierto para el flujo turbulento. 8.11 ¿ cómo afecta la rugosidad a la caída de presión en una tubería si el flujo es turbulento?. ¿ y si es laminar? En el flujo turbulento, tubos con superficies rugosas tienen factores de fricción mucho más altos que los tubos con superficies lisas, y por lo tanto la rugosidad de la superficie conduce a una caída de presión mucho mayor en el flujo de la tubería turbulento. En el caso de flujo laminar, el efecto de la rugosidad de la superficie en el factor de fricción y la caída de presión es despreciable. 8.13 ¿que propiedad del fluido causa el desarrollo de la capa límite de la velocidad? ¿ para que tipos de fluidos no habrá capa límite de velocidad en una tubería? La viscosidad del fluido es responsable del desarrollo de la capa límite de velocidad 8.14 en la región totalmente desarrollada de flujo en una tubería circular. ¿ el perfil de velocidad cambiara en la dirección de flujo?
En la región de flujo totalmente desarrollado en un tubo circular, el perfil de velocidad no cambia en el flujo 8.15 como se relaciona el factor de fricción para flujo en una tubería con la perdida de presión? ¿Cómo se relaciona la perdida de presión con el requerimiento de potencia de bombeo para una razón de flujo de masa dada? El factor de fricción para el flujo en un tubo es proporcional a la pérdida de presión. Dado que la pérdida de presión a lo largo del flujo está directamente relacionada con los requisitos de potencia de la bomba para mantener el flujo, el factor de fricción también es proporcional a los requisitos de energía para superar la fricción. Las relaciones son aplicables
8.18 considere flujo totalmente desarrollado en una tubería circular con efectos de entrada despreciables. Si la longitud de la tubería se duplica, ¿la perdida de carga, se duplica, es mas que el doble, menos que el doble, se reduce a la mitad, permanece constante? En el flujo completamente desarrollado en una tubería circular con los efectos de entrada insignificantes, si la longitud de la tubería se dobla, la pérdida de carga también se dobla (la pérdida de carga es proporcional a la longitud de la tubería en la región de flujo totalmente desarrollado). 8.21 considere flujo laminar totalmente desarrollado en una tubería circular. Si el diámetro de la tubería se reduce a la mitad mientras la razón de flujo y la longitud de la tubería se mantienen constantes, ¿la perdida de carga se duplica, triplica, cuadruplica, aumenta x un factor de 8, aumenta con un factor de 16? En el flujo laminar completamente desarrollado en una tubería circular, la pérdida de carga viene dada por
8.22 cuál es el mecanismo físico que provoca que el factor de fricción sea mayor en el flujo turbulento? En el flujo turbulento, que es los remolinos turbulentos debido a una mayor mezcla que hacen que el factor de fricción sea más grande. Esta mezcla turbulenta conduce a una tensión de cizallamiento mucho más grande, lo que se traduce en un factor de fricción mayor. 8.23 ¿que es la viscosidad turbulenta? ¿Qué la causa? Μ viscosidad turbulenta es causada por los remolinos turbulentos, y es responsable de transporte de momento por remolinos turbulentos. 8.26 ¿ cómo se relaciona la perdida de carga con la perdida de presión?. Para un fluido dado, explique cómo convertiría perdida de carga en perdida de presión. La pérdida de carga se relaciona con la pérdida de presión por hL = deltapL / ρg. Para un fluido dado, la pérdida de carga se puede convertir a la pérdida de presión multiplicando la pérdida de carga por la aceleración de la gravedad y la densidad del fluido. Por lo tanto, para la constante vdensidad, la pérdida de carga y la caída de presión son linealmente proporcionales entre sí. 8.27 considere flujo laminar de aire en una tubería circular con superficies perfectamente lisas. ¿ ud cree que el factor de fricción para este flujo será cero? Durante el flujo laminar de aire en una tubería circular con superficies perfectamente lisas, el factor de fricción no es cero debido a la condición de frontera no deslizante, la cual debe contener, incluso para superficies perfectamente lisas. 14,2 ¿cuáles son las diferencias principales entre ventiladores, sopladores y compresores? Explique en términos de aumento de presión y gasto volumétrico. Un ventilador es una bomba de gas con un aumento de presión relativamente baja y una alta velocidad de flujo. Un ventilador es una bomba de gas con relativamente moderado a alto aumento de presión y de moderado a alto caudal. Un compresor es una bomba de gas diseñado para proporcionar un aumento de presión muy alta, por lo general de bajo a velocidades de flujo moderadas 14,3 liste por lo menos dos ejemplos comunes de ventiladores, sopladores y compresores
Los ejemplos más comunes de los fans son fans de las ventanas, ventiladores de techo, ventiladores en las computadoras y otros equipos electrónicos, los ventiladores del radiador en los coches, etc Algunos ejemplos comunes de los sopladores son sopladores de hojas, secador de pelo, sopladores de aire en hornos y sistemas de ventilación del automóvil. Ejemplos comunes de compresores son bombas de neumáticos, refrigerador y compresores de aire acondicionado. 14,5 para una bomba, explique la diferencia entre potencia de freno y potencia útil, y defina también la eficiencia de la bomba en términos de estas cantidades En la terminología de turbomáquinas, caballos de fuerza de freno es la potencia efectivamente entregada a la bomba a través del eje. (También se pueden llamarlo "potencia en el eje".) Por otro lado, la potencia del agua es la parte útil de la potencia al freno que está efectivamente entregado al fluido. Caballos de fuerza del agua es siempre menor que caballos de fuerza de freno; por lo tanto, la eficiencia de la bomba se define como la relación de caballos de fuerza del agua a caballos de fuerza de freno. 14,8 una bomba de agua incrementa la presión del agua a través de ella. Se supone que el agua es incompresible. Para cada caso ¿ cómo cambia la velocidad promedio del agua en la bomba?, en particular, v salida es menor, igual o mayor que v entrada?. Muestre las ecuaciones y explíquelas Conservación de la masa requiere que la tasa de flujo de masa en es igual a la tasa de flujo de masa hacia fuera. Por lo tanto,
o, ya que el área de sección transversal es proporcional al cuadrado del diámetro,
a) Para el caso en Dout Din, Vout debe ser inferior a Vin. 14,10 Hay tres categorías principales de bombas dinámicas. Haga una lista y defínalas Las tres categorías son: bomba de flujo centrífugo - fluido entra axialmente (en la misma dirección que el eje del eje de rotación) en el centro de la bomba, pero se descarga radialmente (o tangencial) a lo largo del radio exterior de la carcasa de la bomba. Bomba de flujo axial - fluido entra y sale axialmente, típicamente sólo a lo largo de la parte exterior de la bomba debido a la obstrucción por el eje, el motor, eje, etc. bomba de mezclado de flujo - intermedio entre centrífugos y axiales, con el flujo que entra axialmente, no necesariamente en el centro, pero dejando en algún ángulo entre radial y axialmente. 14.11 para cada enunciado acerca de las bombas centrifugas elija si es verdadero o falso y explique su respuesta de manera breve a) una bomba centrifuga con alabes radiales tiene una eficiencia mayor que la misma bomba con alabes inclinados hacia atrás b) una bomba centrifuga con alabes radiales produce un aumento de presión más grande que la misma bomba con alabes inclinados hacia atrás en un intervalo amplio de caudal c) una bomba centrifuga con alabes inclinados hacia adelante es una buena elección para proveer un aumento de presión grande en un intervalo amplio de gastos volumétricos d) una bomba centrifuga con alabes inclinados hacia adelante quizá tendría menos alabes que una bomba del mismo tamaño con alabes inclinados hacia atrás o radiales. (a) Falso: En realidad, palas hacia atrás-inclinados producen la más alta eficiencia. (b) Verdadero: El aumento de la presión es más alta, pero a costa de una menor eficiencia. (c) Verdadero: De hecho, esta es la razón principal para elegir palas inclinadas hacia delante-. (d) Falso: En realidad, es todo lo contrario - una bomba con álabes hacia inclino por lo general tiene más hojas, pero son generalmente más pequeños. 14,12 La figura muestra dos ubicaciones posibles de una bomba (bomba abajito=1) (bomba arribita =2) de agua en un sistema de tuberías que bombea agua de un deposito inferior a otro superior ¿ cual lugar es mejor? ¿ por que? Los dos sistemas son idénticos excepto por la ubicación de la bomba (y algunas pequeñas diferencias en el diseño de la tubería). La longitud total de la tubería, número de codos, diferencia de elevación entre las dos superficies libres de depósito, etc son la misma. La opción (a) es mejor porque tiene la bomba a una altura más baja, el aumento de la altura de aspiración neta positiva, y la reducción de la posibilidad de cavitación de la bomba. Además, la longitud del tubo desde el
depósito inferior a la entrada de la bomba es más pequeña en la opción (a), y no es uno menos el codo entre el depósito inferior y la entrada de la bomba, disminuyendo de ese modo la pérdida de carga aguas arriba de la bomba - tanto de que también aumentará la NPSH, y reducir la probabilidad de cavitación. 14,13 Defina la carga de aspiración neta positiva y la carga de aspiración neta positiva necesaria, y explique cómo se emplean estas dos cantidades para garantizar que no ocurra cavitación en una bomba Altura de aspiración neta positiva (NPSH) se define como la diferencia entre la presión de la cabeza estancamiento de entrada de la bomba y la cabeza de presión de vapor,
Podemos pensar en NPSH como la cabeza de succión positiva neta real o disponible. Por otra parte, se requiere la cabeza de succión positiva neta (NPSHrequired) se define como la NPSH mínimo necesario para evitar la cavitación en la bomba. Mientras el real NPSH es mayor que NPSH requireda, no debería haber ninguna cavitación en la bomba. 14,14 considere el flujo a través de una bomba de agua. Para cada enunciado elija si es verdadero o falso, explique brevemente a) b) c) d)
Cuanto más rápido sea el flujo por una bomba, hay más probabilidad de que ocurra cavitación Cuando aumenta la temperatura del agua, la NSPH necesaria también aumenta Cuando aumenta la temperatura del agua, la NSPH disponible aumenta también Cuando aumenta la temperatura del agua, es probable que ocurra cavitación
(a) Verdadero: A medida que aumenta el caudal de volumen, no sólo aumento NPSHrequired, pero el NPSH disponible disminuye, lo que aumenta la probabilidad de que NPSH caerá por debajo NPSHrequired y causar la cavitación que se produzca. (b) Falso: NPSHrequired no es una función de la temperatura del agua, a pesar de NPSH disponible no depende de la temperatura del agua. (c) Falso: Disponible NPSH en realidad disminuye con el aumento de la temperatura del agua, por lo que la cavitación más probable que ocurra. (d) Falso: En realidad, el agua más caliente provoca la cavitación sea más probable. La mejor manera de pensar acerca de esto es que el agua más caliente que ya está más cerca de su punto de ebullición, por lo que la cavitación es más probable que ocurra en agua caliente que en agua fría. 14,15 explique por que, usualmente, no es recomendable colocar en serie o en paralelo dos o mas bombas distintas La organización de las bombas diferentes en serie puede crear problemas debido a que la tasa de flujo de volumen a través de cada bomba debe ser el mismo, pero el aumento de la presión total es igual a la elevación de la presión de una bomba, más que de la otra. Si las bombas tener muy diferentes curvas de rendimiento, la bomba más pequeña puede ser obligado a operar más allá de su caudal la entrega gratuita, lo cual actúa como una pérdida de carga, lo que reduce la tasa total de flujo de volumen. La organización de las bombas diferentes en paralelo puede crear problemas debido a que el aumento de presión en general debe ser la misma, pero la tasa neta de flujo de volumen es la suma de que a través de cada rama. Si las bombas no son del tamaño adecuado, la bomba más pequeña puede no ser capaz de manejar la gran cabeza se le había impuesto, y el flujo en su ramo en realidad podría ser revertido; esto inadvertidamente reducir el aumento de presión en general. En cualquier caso, la potencia suministrada a la bomba más pequeña se desperdiciaría. 14,17 escriba la ecuación que define la carga de aspiración neta positiva, NSPH (disponible) real. De esta definición explique x lo menos cinco formas de disminuir la probabilidad de cavitación de la bomba, para los mismos líquidos, temperatura y gasto volumétrico.
Para evitar la cavitación, NPSH debe ser aumentada tanto como sea posible. Para un líquido dado a una determinada temperatura, la carga de presión de vapor (la pasada temporada en el lado derecho de la. Ecuación 1) es constante. Por lo tanto, la única manera de aumentar NPSH es aumentar la carga de presión de estancamiento en la entrada de la bomba. Tenemos una lista de varias formas de aumentar el NPSH disponible: (1) Baje la bomba o subir el nivel del depósito de entrada. (2) Utilice una tubería de mayor diámetro aguas arriba de la bomba. (3) Vuelva a la ruta del sistema de tuberías de tal manera que un menor número de pérdidas menores (codos, válvulas, etc) se encuentran aguas arriba de la bomba. (4) Acortar la longitud de la tubería aguas arriba de la bomba. (5) Utilice un tubo suave. (6) Utilice los codos, válvulas, tomas, etc que tienen coeficientes de pérdidas menores más pequeños. Sugerencias (1) plantea NPSH mediante el aumento de la componente hidrostática de la presión en la entrada de la bomba. Sugerencias (2) a (6) plantean NPSH reduciendo las pérdidas de carga irreversibles, lo que aumenta la presión en la entrada de la bomba.
