PRIMER TALLER MECANICA DE FLUIDOS
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA AMBIENTAL
Profesor: CARLOS ALBERTO PALACIO TOBON
Semestre: 2019_1
1. Se sugiere que la velocidad del agua (V) que fluye por un orificio en el costado
de un tanque abierto depende de la altura H del orificio a la superficie, la
gravedad, g, y la densidad del agua, . ¿Qué expresión relaciona las variables?
V
2. El caudal, Q, en un canal abierto depende del radio hidráulico, R, el área de la
sección transversal, A, la altura de las rugosidades de su pared, e, la gravedad,
g, y la pendiente, S. Relacione Q con las demás variables.
3. (Cengel, Cimbala: Problem 7.110.) When a capillary tube of small diameter D
is inserted into a container of liquid, the liquid rises to height h inside the tube. h
is a function of liquid density ρ, tube diameter D, gravitational constant g,
contact angle Φ, and the surface tension σs of the liquid. Generate a
dimensionless relationship for h as a function of the given parameters.
4. Agua, aceite y agua salada llenan un tubo como se muestra en la figura.
Determine la presión en el punto (1) (Tubo cerrado).
(SG = 1.20 significa Specific Gravity = 1.20 o sea, DR=1.20)
El slug se define como la masa que se desplaza a una aceleración de 1 ft/s²
cuando se ejerce una fuerza de una libra sobre ella. De la ecuación F=ma
"despejando" m=F/a tendríamos lo siguiente: 1 unidad de masa = unidad de
fuerza / unidad de aceleración. Esta unidad se utiliza para medir la masa, cuando
la fuerza se mide en libras-fuerza. Equivalencia: 1 slug es igual a
14.5939 kilogramos (tomando el valor de la constante g=9.77906 en Playa
Vieja, Ecuador, sitio público más cercano a la línea del ecuador (coordenadas 2°S,
77° 30' W).
5. (Cengel, Cimbala: Problem 3.150). A gasoline line is connected to a pressure
gage through a double-U manometer, as shown in figure. If the reading of the
pressure gage is 260 kPa, determine the gage pressure of the gasoline line.
6. (Cengel, Cimbala: Problem 3.50). The pressure difference between an oil pipe
(B) and water pipe (A) is measured by a double-fluid manometer, as shown in
figure. For the given fluid heights and specific gravities, calculate the pressure
difference ΔP = PB − PA.
7. (Cengel, Cimbala: Problem 3.26) Water from a reservoir is raised in a vertical
tube of internal diameter D = 30 cm under the influence of the pulling force F of
a piston. Determine the force needed to raise the water to a height of h = 1.5 m
above the free surface. What would your response be for h = 3 m? Also, taking
the atmospheric pressure to be 96 kPa, plot the absolute water pressure at the
piston face as h varies from 0 to 3 m.
8. (Cengel, Cimbala: Problem 3.29). A gas is contained in a vertical, frictionless
piston– cylinder device. The piston has a mass of 5 kg and a cross-sectional area
of A=35 cm2. A compressed spring above the piston exerts a force of 75 N on
the piston. If the atmospheric pressure is 95 kPa, determine the pressure inside
the cylinder.
9. (Cengel, Cimbala: Problem 3.46). The 500-kg load on the hydraulic lift
shown in figure is to be raised by pouring oil ( = 780 kg/m3) into a thin tube.
Determine how high h should be in order to begin to raise the weight.
10. (Cengel, Cimbala: Problem 3.56). A hydraulic lift is to be used to lift a 2500
kg weight by putting a weight of 25 kg on a piston with a diameter of 10 cm.
Determine the diameter D2 of the piston on which the weight is to be placed
11. Para las condiciones mostradas en la figura halle la fuerza F necesaria para
levantar la compuerta de hormigón si el hormigón tiene un peso específico de
23.6kN/m3. Desprecie la fricción.
12. (Cengel, Cimbala: Problem 3.167). The 280-kg, 6-m-wide rectangular
gate shown in figure is hinged at B and leans against the floor at A making an
angle of 45° with the horizontal. The gate is to be opened from its lower edge by
applying a normal force at its center. Determine the minimum force F
required to open the water gate.
13. (Cengel, Cimbala: Problem 3.73). Determine the resultant force acting on the
0.7-m-high and 0.7-m-wide triangular gate shown in figure and its line of
action.
14. (Cengel, Cimbala: Problem 3.85). A triangular-shaped gate is hinged at point
A, as shown in figure. Knowing that the weight of the gate is 100 N,
determine the force, F, needed to keep the gate at its position for unit width.
The line of action of the weight of the gate is shown by the dashed line.
15. Encuentre el valor mínimo de b que garantice que el tabique rectangular
mostrado en la figura no se desliza sobre la superficie de apoyo. El peso
específico del tabique es de 25000N/m3 y el coeficiente de fricción (Cf) es 0.45.
Suponga que el agua no entra por debajo del bloque (completamente
impermeable). Sugerencias: 1) Hacer el cálculo por unidad de ancho del
tabique. 2) Recuerde que la fuerza de fricción es: Ff = Cf * W, con W: Peso del
tabique.
16. La distribución de presión sobre la base de una presa de hormigón (DR 2.4)
varía linealmente, como se muestra en la figura, (esta fuerza produce
levantamiento de la presa). Con H=75 m ¿La presa se derrumbará? Sumar
los momentos de todas las fuerzas respecto a la esquina inferior derecha)
17. La compuerta mostrada en la figura tiene forma de L (ángulo rígido) y se
encuentra engoznada en su vértice. La compuerta puede girar libremente en el
sentido horario pero un cerrojo ubicado en su extremo derecho evita que gire en
el sentido antihorario. Calcule la altura H que hará que se abra automáticamente
la compuerta si l = 2m (ignore el peso de la compuerta)
18. ¿A qué altura H se abrirá la compuerta rígida engoznada como se muestra en la
figura si h=0,6m?
19. A dock gate is to be reinforced with three horizontal beams. If the water acts on
one side only, to a depth of 6m, find the positions of the beams measured from
the water surface so that each will carry an equal load. Give the load per meter.
20. (Cengel, Cimbala: Problem 3.157). A semicircular 40-ft-diameter tunnel is
to be built under a 150-ft-deep, 800-ft-long lake, as shown in figure.
Determine the total hydrostatic force acting on the roof of the tunnel.
21. (Cengel, Cimbala: Problem 3.79). A long, solid cylinder of radius 2 ft hinged
at point A is used as an automatic gate, as shown in figure. When the water
level reaches 12 ft, the cylindrical gate opens by turning about the hinge at
point A. Determine (a) the hydrostatic force acting on the cylinder and
its line of action when the gate opens and (b) the weight of the cylinder
per ft length of the cylinder.
22. Un tanque se encuentra dividido en dos cámaras independientes. El aire se
encuentra comprimido en cada cámara, y un manómetro mide la diferencia entre
estas presiones. Calcule las fuerzas vertical y horizontal causadas por los
fluidos sobre la esfera ubicada en la pared que divide las cámaras, tal como se
muestra en la figura.
23. Calcule la fuerza P requerida para mantener la compuerta en la posición
mostrada en la figura. La compuerta es de 2m de ancha (ancho constante).
Desprecie el peso de la compuerta.
24. ¿Qué fuerza P se requiere para mantener cerrada la compuerta de 4m de ancho
mostrada en la figura? Desprecie el peso de la compuerta.
25. The arch of a bridge over a stream is in the form of a semi-circle of radius 2m.
The bridge width is 4m. Due to a flood the water level is now 1.25m above
the crest of the arch. Calculate (a) the upward force on the underside of the
arch, (b) the horizontal thrust on one half of the arch.
26. (Cengel, Cimbala: Problem 3.171). In order to keep the cone-shaped plug
closed as shown in the figure, what would be the maximum air pressure on
the top of water? The tanks have the same width of b = 2 m.
27. Determine la fuerza F necesaria para mantener el cono en la posición mostrada
en la figura. Suponga que el cono no pesa.
28. Una presión de 28Kpa es medida a una elevación de 2000msnm. ¿Cuál es la
presión absoluta en mm de Hg? (Nota: asumir atmósfera estándar y 25°C de
temperatura sobre el nivel del mar).
29. Un iceberg que tiene un peso específico de 9000 N/m3 flota en agua de mar, la
cual tiene un peso específico de 104 N/m3. Si se observa un volumen de
2.8x103 m3 de iceberg por encima de la superficie libre, ¿Cuál es el volumen
del iceberg por debajo de la superficie libre del océano?
30. ¿Cuál es el peso total de la barcaza y de su carga? La barcaza tiene 6m de
ancho y flota en agua de mar, la cual tiene un peso específico de 104 N/m3.
31. (Cengel, Cimbala: Problem 3.163). A raft is made using a number of logs with
25 cm diameter and 2 m long, as shown in the figure. It is desired that a
maximum 90 percent volume of each log will be submerged when
carrying two boys weighing 400 N each. Determine the minimum number
of logs that must be used. The specific gravity of the wood is 0.75.
32. Una cuña de madera con densidad relativa de 0,6, es forzada dentro del agua
mediante una fuerza de 150lbf. El ancho de la cuña es de 2 pies ¿Cuál es
la profundidad d?