Fluidos y Termodinámica Segundo Semestre 2021 Parcial No. 2 14/10/2021 Nombre: (50 puntos) Preguntas Abiertas - Lea detenidamente el enunciado de cada pregunta. Esta actividad debe ser resuelta individualmente y cualquier evidencia de lo contrario anulará todas sus respuestas. Responda y justifique con claridad los pasos para obtener la respuesta, de lo contrario no obtendrá puntaje en sus respuestas. 1. (10 puntos) Se tiene un fluido de densidad ρF en un tanque abierto a la atmósfera con una superficie libre de área A1 que tiene un orificio en la parte inferior de uno de sus costados de área A2 . El tanque se encuentra ubicado sobre una plataforma a una altura Y por encima del suelo. El agua que sale por el orificio del tanque golpea el piso inicialmente a una distancia horizontal D medida desde la salida del tubo. Determine una expresión para el tiempo que transcurre desde este momento inicial hasta que el agua comienza a golpear a una distancia D 3 , medida desde la salida del tubo. 2. (10 puntos) En el sistema mostrado en la figura un fluido de densidad ρF sale del fondo de un tanque cerrado y pasa por un estrechamiento en el punto B para finalmente salir del tubo a la atmósfera (Patm ) en la parte C. Los radios de la tuberı́a en B y C son rB y rC respectivamente y la presión absoluta en B es PB . Encuentre una expresión para la velocidad del fluido en el punto B. Fluidos y Termodinámica Parcial No. 2 - Página 2 de 2 14/10/2021 3. (5 puntos) Imagine que puede modelar un globo lleno de Helio (ρHe ) como una esfera de radio R. La masa del globo desinflado es de M y la masa de la cuerda que tiene amarrada es de Mc . Imagine que un niño juega con el globo en el parque, y cuando alcanza una velocidad de v0 la cuerda se rompe por la mitad. Teniendo en cuenta todo lo que conoce acerca de las fuerzas actuando sobre este globo y que este no está sujeto a nada luego de soltarse (libre en el aire), determine la velocidad terminal del globo en términos de las cantidades conocidas. 4. (5 puntos) La tensión superficial puede ayudar a que una esfera de metal flote sobre la superficie de un fluido de densidad menor que la del metal, esto se logra combinando fuerzas debidas a la tensión superficial y una fuerza de flotación. Si se tiene un fluido de densidad ρF y tensión superficial σs y una esfera de un material de densidad ρm , determine una expresión para el radio máximo que puede tener una esfera de este material para que flote sobre el agua con la mitad de su volumen sumergido. (Su respuesta debe quedar en términos de σs , ρF , ρm y otras constantes conocidas) 5. (10 puntos) En un recipiente de acero de 5 kg a 20o C, se agrega vapor de agua a 120 o C y se agregan 0.6 kg de hielo a -15o C, ¿cuál es la masa de vapor de agua para llegar a una temperatura de equilibrio de 65o C? chielo = 2020J/kgK, Lf = 334kJ/kg, Lv = 226kJ/kg, cvapor = 2010J/kgK, cacero = 486J/kgK 6. (10 puntos) Un recipiente cilı́ndrico hueco de hierro con diámetro exterior de 60 cm y altura de 90 cm, con un espesor de 6 mm en todas sus caras se llena con agua y 6 cubos de hielo cada uno de masa de 30 g a 0.00 o C, si la temperatura de la superficie exterior es de 30 o C, determine el tiempo que tarda el hielo en fundirse en el recipiente. El calor de fusión del agua es de 334 kJ/kg y la conductividad del hierro es de 205 W/m K.
