Problemas de Fenomenos de Transporte

Facultad Regional Resistencia – UTN FENOMENOS DE TRANSPORTE

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FACULTAD REGIONAL RESISTENCIA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA NACIONAL

FENOMENOS DE TRANSPORTE

GUIA DE PROBLEMAS

P R O S E S O R : E s p . I n g . Q c a . O Z I C H , L I L I A N A B E A T R I Z

J E F E D E T R A B A J O P R A C T I C O : D r . I n g . Q c o . M O R A L E S , W A L T E R

G U S T A V O

C A R R E R A : I N G E N I E R I A Q U I M I C A

2015


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CONDICIONES DE CURSADO Y PROMOCION DE LA ASIGNATURA

DE LA REGULARIZACION

Deberá tener una asistencia del 75% a las clases prácticas,

Se tomarán tres exámenes parciales. El alumno deberá aprobar como mínimo 2 (dos) de las

tres evaluaciones parciales preestablecidas,

Las evaluaciones parciales desaprobadas podrán ser recuperadas durante la semana posterior

al primer llamado a exámenes finales del mes de Diciembre 2009 o en el último llamado a

exámenes finales del turno de Febrero - Marzo 2010 (con conocimiento de la cátedra).

Los temas a evaluar en los exámenes parciales y recuperatorio, incluirán ejercicios o

problemas de la misma complejidad que los presentados en la guía de problemas aprobados

por el Consejo Departamental,

Se podrá introducir en los exámenes parciales, preguntas teóricas conceptuales cuyo puntaje

no superará el 20% del puntaje total.

PROMOCION DE TRABAJOS PRÁCTICOS

Se deberá aprobar todos los parciales preestablecidos con un puntaje no inferior a 7 (siete),

Se podrá apelar a un único recuperatorio para el caso en que una de las tres evaluaciones

aprobadas, no alcance el puntaje de 7 (siete) exigido,

La promoción de los trabajos prácticos es aplicable a los alumnos que cursen la asignatura

por primera vez o recursantes por haber perdido la regularidad (a partir del año 2000 en

vigencia),

La regularización de la materia y la promoción de los trabajos prácticos, tiene validez de 4

(cuatro) años consecutivos a partir de la fecha de regularización/promoción (diciembre de

cada año),

El sistema de calificaciones es:

PUNTAJE NOTA CONCEPTO

0...20 1 Insuficiente



60...64 4 Aprobado

65...69 5 Aprobado

70...74 6 Bueno

75...79 7 Bueno

80...89 8 Distinguido

90...99 9 Distinguido

100 10 Sobresaliente

En el caso, de una inasistencia a un examen parcial: el alumno (o tutor) deberá presentar ante

la cátedra, un certificado médico que avale la misma, en el momento en que comienza el

examen. En caso contrario, automáticamente el alumno tendrá el derecho de rendir el

recuperatorio correspondiente.


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CONTENIDOS DE LOS SEMINARIOS DE PROBLEMAS

1. Sistema de Unidades. Factores de conversión. 4

2. Ley de Newton. Predicción de Viscosidades en Fluidos. 6

3. Flujo de Fluidos y Ecuación de Bernoulli. 8

4. Flujo de Fluidos en Tuberías. 10

5. Ecuación General de la Energía. 11

6. Pérdidas Primarias de Energía, debido a la Fricción. 12

7. Pérdidas Secundarias o Menores de Energía. 14

8. Fuerzas desarrolladas por los fluidos en movimiento. 15

9. Análisis Dimensional. 17

10. Conducción en Estado Estacionario Unidimensional. 18

11. Conducción en Estado Transitorio. 19

12. Convección. 20

13. Intercambiadores de calor. 21

14. Transferencia de Masa. 22


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SERIE 1: SISTEMAS DE UNIDADES- FACTORES DE CONVERSION

1. Transformar las siguientes cantidades a las dimensiones indicadas:

a) 235 g a libras c) 1,05 atm a hectopascales

b) 610 l a pie3 d) 100ºC a K, ºF, ºR

2. Convertir:

a) 30 g/l a lb/pie3

b) 14,7 lbf/plg2 a Kgf/cm2

c) 400 plg3/dia a cm3/min

d) 1100 pies/seg a millas/h

e) 1,00 g/cm3 a lb/pie3

3. Determinar la presión, expresada en lbf/pie2, que se ejerce en el fondo de un tanque, lleno

con agua, de forma cúbica y cuyos lados miden 1 pie. La densidad del agua es 62,4 lb/pie3.

4. Un elevador que pesa 10000 lb asciende 10 pies entre el primer y el segundo piso de un

edificio cuya altura es de 100 pies. La máxima velocidad que alcanza el elevador es de 3

pies/seg. a) calcular la energía cinética del elevador a la velocidad mencionada antes,

expresada en pies · lbf ; b) ¿cuál es su energía potencial, en pies · lbf , cuando se encuentra

en el segundo piso?.

5. Una ecuación simplificada para la transmisión de calor desde el interior de un tubo al aire,

es la siguiente:

h = 0,026 Qm 0,6 / D 0,4

donde, h: coeficiente de transmisión de calor ( BTU/h.pie2.ºF)

Qm: Velocidad de flujo de masa (lb/h.pie2)

D: Diámetro exterior del tubo (pies)

En caso de expresar “h” en (cal/min.cm2.ºC); halle el nuevo valor de la constante de la

ecuación que reemplazaría a 0,026.

6. La densidad de cierto líquido es 93,6 lb/pie3. Calcular la masa en gramo de 2 litros del

líquido.

7. Determinar la energía cinética de 1 ton de agua que se desplaza con una velocidad de 60

m/h, expresada en las siguientes unidades: a) pies.lbf ; b) ergios ; c) joules ; d) Hp.seg ; e)

atm. litro.

8. Obtener los factores de conversión de :


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a) Kcal a BTU .

h m2 ºC h. pie2 ºF

b) WAT a BTU .

cm2 ºC h. pie2 ºF

c) BTU a HP .

h. pie2 ºF pie2 ºF

d) cpoise a lb .

seg pie

e) cpoise a N seg

m2

f) lb a N .

pie seg m. seg

9. Determinar R en las siguientes unidades; partiendo del valor 0,082 atm. l / gmol K:

a) mm Hg . l/gmol K, b) atm. pie3/lbmol K , c) cal / gmol K


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SERIE 2: LEY DE NEWTON. PREDICCIÓN DE VISCOSIDADES EN FLUIDOS

1. Probar que la “Cantidad de movimiento por unidad de área y de tiempo” tiene las mismas

dimensiones que la “fuerza por unidad de área”.

2. Clasificar las siguientes sustancias, los ensayos se realizaron manteniendo la temperatura

constante.

du/dy

[rad/seg]

0 0,3 0,6 0,9 1,2

τ

[Kg/m2]

0 9,75 19,5 29,3 39

du/dy

[rad/seg]

0 3 4 6 5 4

τ

[Kg/m2]

9,75 19,5 29,3 39 29,3 19,5

du/dy

[rad/seg]

0 0,5 1,1 1,8

τ

[Kg/m2]

0 9,75 19,5 29,3

3. Un cilindro de 12 cm de radio gira concéntricamente en el interior de un cilindro fijo de 12,6

cm de radio. Ambos cilindros tienen una longitud de 30 cm. Determinar la viscosidad del

líquido que llena el espacio entre los cilindros, si se necesita un par de 9,0 cm · kgf para

mantener una velocidad angular de 60 revoluciones por minutos.

4. Una placa, que dista 0,5 mm de otra placa fija, se mueve a una velocidad de 30 cm/s,

requiriéndose para mantener esta velocidad una fuerza por unidad de área de 0,2 Kgf/m2.

Determinar la viscosidad del fluido que ocupa el espacio entre las dos placas, en unidades

técnicas y SI.

5. Dos planos paralelos entre las cuales se encuentra un líquido, están separadas una distancia

de 0,5 cm. La placa inferior se desplaza en el sentido positivo de las x con una velocidad de

10 cm/s y el fluido es alcohol etílico a 273 K, cuya viscosidad es de 1,77 cp. a) Calcular el

esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad o velocidad cortante usando unidades cgs; b)

Repetir usando unidades inglesas (lbf, pies, seg) y para unidades del SI; c) Calcular la

velocidad del fluido a 0,2 cm y a 0,4 cm respecto de la referencia. Graficarlo.


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6. Un fluido tiene una viscosidad de 4 centipoise y una densidad de 800 Kg/m3. Determinar su

viscosidad cinemática en el sistema técnico de unidades y en stokes.

7. Predicción de viscosidad para líquidos: Determinar la viscosidad cinemática del benceno

a 20ºC en stokes. Comparar con el valor de tabla y expresar una opinión sobre el mismo.

8. Estimación de la viscosidad a partir de las propiedades críticas (Método de Watson -

Uyehara): Calcular la viscosidad del N2 a 50 ºC y 854 atm, siendo M = 28,0 g/gmol, pc =

33,5 atm y tc = 126,2 K.

9. Efecto de la presión sobre la viscosidad de los gases (Método de Watson - Uyehara): La

viscosidad del CO2 a 45,3 atm y 40,3 ºC es 1800 E-7 poise. Estimar el valor de la viscosidad

a 114,6 atm y 40,3 ºC utilizando el diagrama de viscosidad reducida en función de la presión

reducida.

10.Teoría de los gases a baja densidad (Ecuación de Hinschfelder):Calcular la viscosidad

del CO2 a 1 atm y 200, 300 y 800 K.

11. Utilizar el sistema de coordenadas y Watson – Uyehara (según corresponda): Predecir

las viscosidades del oxígeno: a) a la presión atmosférica y a 25ºC; b) a 67 atm y 20 ºC.

12. Cálculo de Viscosidad de gases a baja densidad. Predecir la viscosidad del oxígeno,

nitrógeno y metano, moleculares, a la presión atmosférica y 20°C. Expresar todos los

resultados en cp. Compare sus resultados con los valores experimentales.

13. Cálculo de viscosidad de mezclas de gases a baja densidad. Se conocen los siguientes

datos de la viscosidad de las mezclas de hidrogeno y freon-12 (dicloro, difluorometano)

a 25°C y 1 atm:

X1 μ x 104

Fracción molar de H2 (g cm-1 seg-1)

0,00 124,0

0,25 128,1

0,50 131,9

0,75 135,1

1,00 88,4

Calcular y comparar los resultados obtenidos mediante las ecuaciones que figuran abajo,

para las tres composiciones intermedias, utilizando los datos de la viscosidad de los

componentes puros.

𝜇𝑚 = ∑𝑥𝑖𝜇𝑖

∑ 𝑥𝑖∅𝑖𝑗𝑛𝑗=1

𝑛𝑖=1 ; ∅𝑖𝑗 =

1

√8(1 +

𝑀𝑖

𝑀𝑗)−1/2

[1 + (𝜇𝑖

𝜇𝑗)1/2

(𝑀𝑗

𝑀𝑖)1/4

]

2


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14. Estimación de la viscosidad de un gas denso. Estimar la viscosidad del N2 a 20°C y 67

atm, utilizando (a) la Fig. de la viscosidad reducida en función de la temperatura reducida

y (b) de Tabla. (b) la Fig. de la viscosidad reducida en función de la presión reducida y

μo de Tabla de parámetros críticos. Expresar los resultados en kgm m-1 seg-1.

14) Estimación de la viscosidad de un líquido. Estimar la viscosidad del agua al estado de

líquido saturado a 0°C y 100°C, utilizando (a) la Ec. 𝜇 =𝑁ℎ

𝑉𝑒0,408∆𝑈𝑣𝑎𝑝/𝑅𝑇 y tomando para

∆Uvap = 567,6 Kcal kgm-1 a 0°C y 498,6 Kcal kgm a 100°C;

(b) utilizando la Ec. 𝜇 =𝑁ℎ

𝑉𝑒3,8𝑇𝑏/𝑇 . Comparar los resultados obtenidos con los valores

de Tabla.

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