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Respuestas de preguntas de la unidad 1, Ejercicios de Mecánica de Fluidos

En este documento se responden algunas preguntas de la unidad 1 de mecanica de fuidos

Tipo: Ejercicios

2022/2023

Subido el 16/09/2023

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PREGUNTAS CONCEPTUALES CAPITULO 1
1-1C Defina flujos: interno, externo y en canal abierto.
F l u j o i n t er n o. C u an d o e l f l ui d o q u e d a p or c om p l e to li m i t ad o p o r l a s
superficies sólidas.
Flujo externo. El flujo de un fluido no limitado sobre una superficie.
Flujo en canal abierto. El flujo de líquidos en un ducto se conoce como flujo
en canal abierto si ese ducto sólo está lleno en forma parcial con el líquido y
se tiene una superficie libre.
1-2C Defina flujo y fluido incompresibles. ¿El flujo de masa de
un fluido compresible de necesidad debe tratarse como compresible?
Fl ujo in co mp re si bl e. E l flujo es incompresible si l a de ns id ad p er ma ne ce
apro x i m a dame nt e co ns t ant e a lo la rgo de todo e l fl uj o. P or lo q ue el
volumen también será constante. En este caso la densidad no depende de
la presión.
Fl uido com pre si ble . S e den om ina fl uj o c omp re sib le a aqu el fl uid o c uy a
densidad varía significativamente ante un cambio de presión.
El flujo de masa de un fluido compresible no necesariamente se puede tratar como
compresible cuando su densidad es pequeña.
1-3C ¿Qué es la condición de no-deslizamiento? ¿Qué la causa?
La condición de no-deslizamiento es cuando un fluido en contacto directo con un
s ó li d o " se pe g a" a l a s u pe r f ic i e d e bi d o a lo s e f ec t o s v is c o so s y
n o h a y deslizamiento. Su causa es la viscosidad.
1 - 4 C ¿Q u é es f l u jo fo rza do? ¿ En qu é d ifie r e del f l ujo n atu ra l? ¿ E l flu j o
causado por los vientos es forzado o natural?
El fluj o forzado es cuando un f luido se obliga a fluir sobre u na supe rficie o en un
tubo por medio de medios externos, como una bomba o un ventilador.
El flujo natural difiere del forzado ya que cualquier movimiento del fluido se debe a
medios naturales, como el efecto de flotación.
El flujo causado por los vientos es natural.
1-5C ¿Qué es una capa límite? ¿Qué causa el desarrollo de una capa límite?
Es la región del fluido adyacente a la pared, en la cual los efectos viscosos (y, por
co n sig u ie n te, los gra d ien t es de v elo c id a des ) so n si gni f ica t ivo s. L o c a usa la
viscosidad.
1-6C ¿Cuál es la diferencia entre los enfoques clásico y el estadístico?
El enfoque clásico son los resultados de un experim ento son igualmente viables,
es decir, tienen teóricamente las mismas posibilidades de ocurrir.
El en foq ue est a sti co con sis te en un a s e cu enc ia de pro ced im i en t os pa r a e l
manejo de los datos cualitativos y cuantitativos de la investigación.
1-7C ¿Qué es un proceso de flujo estacionario?
El t ér mi no e st ac io na ri o im pl ic a que no hay camb io e n un p un to c on e l ti em po.
Durante el flujo estacionario, las propiedades del fluido pueden cambiar de punto a
punto dentro de un equipo, pero en cualquier punto fijo permanecen constantes.
P o r l o t a n to , el v ol um en , la m as a y l a e n e rg ía t ot al d e u n eq u i p o de
f l u jo e s t a ci on ar i o o s ec c i ó n de f l uj o p e r ma ne c e n c ons t a nt es e n l a
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PREGUNTAS CONCEPTUALES CAPITULO 1

1-1C Defina flujos: interno, externo y en canal abierto. F l u j o i n t e r n o. C u a n d o e l f l u i d o q u e d a p o r c o m p l e t o l i m i t a d o p o r l a s superficies sólidas. Flujo externo. El flujo de un fluido no limitado sobre una superficie. Flujo en canal abierto. El flujo de líquidos en un ducto se conoce como flujo en canal abierto si ese ducto sólo está lleno en forma parcial con el líquido y se tiene una superficie libre. 1-2C Defina flujo y fluido incompresibles. ¿El flujo de masa de un fluido compresible de necesidad debe tratarse como compresible? Flujo incompresible. El flujo es incompresible si la densidad permanece a p r o x i m a d a m e n t e c o n s t a n t e a l o l a r g o d e t o d o e l f l u j o. P o r l o q u e e l volumen también será constante. En este caso la densidad no depende de la presión. Fluido compresible. Se denomina flujo compresible a aquel fluido cuya densidad varía significativamente ante un cambio de presión. El flujo de masa de un fluido compresible no necesariamente se puede tratar como compresible cuando su densidad es pequeña. 1-3C ¿Qué es la condición de no-deslizamiento? ¿Qué la causa? La condición de no-deslizamiento es cuando un fluido en contacto directo con un s ó l i d o " s e p e g a " a l a s u p e r f i c i e d e b i d o a l o s e f e c t o s v i s c o s o s y n o h a y deslizamiento. Su causa es la viscosidad. 1 - 4 C ¿Q ué es f lu jo f orz ad o? ¿E n qu é d if ie r e d el f l uj o na t u r a l? ¿ El f l uj o causado por los vientos es forzado o natural? El flujo forzado es cuando un fluido se obliga a fluir sobre una superficie o en un tubo por medio de medios externos, como una bomba o un ventilador. El flujo natural difiere del forzado ya que cualquier movimiento del fluido se debe a medios naturales, como el efecto de flotación. El flujo causado por los vientos es natural. 1-5C ¿Qué es una capa límite? ¿Qué causa el desarrollo de una capa límite? Es la región del fluido adyacente a la pared, en la cual los efectos viscosos (y, por consiguiente, los gradientes de velocidades) son significativos. Lo causa la viscosidad. 1-6C ¿Cuál es la diferencia entre los enfoques clásico y el estadístico? El enfoque clásico son los resultados de un experimento son igualmente viables, es decir, tienen teóricamente las mismas posibilidades de ocurrir. El enfoque estadístico consiste en una secuencia de procedimientos para el manejo de los datos cualitativos y cuantitativos de la investigación. 1-7C ¿Qué es un proceso de flujo estacionario? El término estacionario implica que no hay cambio en un punto con el tiempo. Durante el flujo estacionario, las propiedades del fluido pueden cambiar de punto a punto dentro de un equipo, pero en cualquier punto fijo permanecen constantes. P o r l o t a n t o , e l v o l u m e n , l a m a s a y l a e n e r g í a t o t a l d e u n e q u i p o d e f l u j o e s t a c i o n a r i o o s e c c i ó n d e f l u j o p e r m a n e c e n c o n s t a n t e s e n l a

o p e r a c i ó n estacionaria. Las condiciones de flujo estacionario pueden lograr aproximarse en equipos cuyo propósito es la operación continua, como las turbinas, las bombas, las calderas, los condensadores y los intercambiadores de calor. 1-8C Defina esfuerzo, esfuerzo normal, esfuerzo cortante y presión. El esfuerzo es la fuerza por unidad de área sobre la cual está actuando. El esfuerzo normal es la componente normal de una fuerza que actúa sobre una superficie, por unidad de área. El esfuerzo cortante es la componente tangencial de una fuerza que actúa sobre una superficie, por unidad de área. La presión en un fluido es un esfuerzo normal. 1-9C ¿Qué son sistema, alrededores y frontera? Un sistema es una cantidad de materia o una región en el espacio elegidas para su estudio. Los alrededores son toda aquella masa o región que se encuentra afuera del sistema. Frontera es la superficie real o imaginaria que separa el sistema de sus alrededores. 1-10C ¿Cuándo un sistema es cerrado y cuándo es un volumen de control? Es un sistema cerrado cuando no puede intercambiar materia con el exterior, pero sí intercambiar energía y es un volumen de control cuando se delimita un espacio por una superficie de control cerr ada real o virt ualm ente, donde una de sus características, en general, será la permanencia de la forma y el tamaño del volumen. 1-11C ¿Cuál es la diferencia entre libra-masa y libra-fuerza? Libra-fuerza es la fuerza gravitacional ejercida sobre una masa de una libra y la libra-masa fuerza ejercida sobre una masa. 1-12C ¿Cuál es la diferencia entre kg-masa y kg-fuerza? El kilogramo-fuerza es la fuerza ejer cida sobr e una masa de 1 kg m asa y el kilogramo-masa es la fuerza ejercida sobre una masa de 1 kg masa. 1- 13 C ¿Cuál es la fuerza neta que actúa sobre un automóvil que avanza a una velocidad constante de 70 km/h a) sobre una carretera horizontal y b) sobre una carretera cuesta arriba? Si el automóvil va a velocidad constante, no existe aceleración por lo tanto no existe fuerza neta sobre él ya que la segunda ley de Newton establece que la fuerza es directamente proporcional a la aceleración e inversamente proporcional a la masa. Si hay fuerza hay aceleración si no hay aceleración no hay fuerza. Si va por un plano inclinado, tiene aceleración hacia el centro de la tierra por la gravedad, mas no en el eje horizontal. 1 - 1 4 C U n t a n q u e d e p l á s t i c o d e 3 k g , q u e t i e n e u n v o l u m e n d e 0. 2 m 3 s e l l e n a c o n a g u a l í q u i d a. S u p o n g a q u e l a d e n s i d a d d e l a g u a e s d e 1 0 0 0 k g / m 3 y d e t e r m i n e e l p e s o d e l s i s t e m a c o m b i n a d o.

1 - 2 2 C ¿ C u á l e s l a d i f e r e n c i a e n t r e p r e c i s i ó n y e x a c t i t u d? ¿ P u e d e u n a medición ser muy precisa pero inexacta? Explique. La precisión es el valor de una lectura menos el promedio de las lecturas. La exactitud es lo cercano del valor promedio al valor verdadero. U n a m e d i c i ó n o u n c á l c u l o p u e d e n s e r m u y p r e c i s o s s i n s e r m u y e x a c t o s y viceversa. 1-23C ¿Cuál es la diferencia entre el enfoque analítico y el experimental para los problemas de ingeniería? Discuta las ventajas y desventajas de cada uno. El enfoque analítico es por medio de análisis o cálculos y el enfoque experimental es por medio de pruebas y toma de decisiones. El enfoque experimental tiene la ventaja de que trata con el sistema físico real y la cantidad deseada se determina por medición, dentro de los límites del error e x p e r i m e n t a l , p e r o e s m u y c ar o , t ar d a d o y p o c o p r á c t i c o. El procedimiento analítico tiene la ventaja de que es rápido y no caro, pero los resultados obtenidos están sujetos a la exactitud de las hipótesis, aproximaciones e idealizaciones establecidas en el análisis. 1 - 2 4 C ¿Cuál es la importancia del modelado en la ingeniería? ¿Cómo se preparan los modelos matemáticos para los procesos de ingeniería? El modelado en la ingeniería es de suma importancia porque permite relacionar los cambios entre sí en algunas variables clave. La preparación de estos modelos requiere un conocimiento adecuado de los fenómenos naturales que intervienen y las leyes pertinentes, así como un juicio sólido. 1 - 2 5 C C u a n d o s e m o d e l a u n p r o c e s o d e i n g e n i e r í a , ¿ c ó m o s e h a c e l a elección correcta entre un modelo simple pero incipiente y uno complejo pero exacto? ¿Siempre el modelo complejo es una elección mejor ya que es más exacto? U n o u n a a n a l i s t a q u e t r a b a j a e n u n p r o b l e m a d e i n g e n i e r í a , a m e n u d o s e encuentra en una posición en que debe elegir entre un modelo muy exacto, pero complejo, y uno sencillo, pero no tan exacto. La elección correcta depende de la situación que se viva. La elección correcta suele ser el modelo más sencillo que produzca los resultados satisfactorios.

1 - 2 6 C ¿ C ó m o s u r g e n l a s e c u a c i o n e s d i f e r e n c i a l e s e n e l e s t u d i o d e u n problema físico? Se obtienen ecuaciones diferenciales que suministran formulaciones matemáticas precisas para los principios físicos y leyes para representar las razones de cambio como derivadas. Por lo tanto, las ecuaciones diferenciales se usan para investigar una amplia variedad de problemas en las ciencias y la ingeniería. 1-27C ¿Cuál es el valor de los paquetes de software para ingeniería en a) la educación en ingeniería y b) la práctica de la ingeniería? A. Es un cambio del enfoque de los cursos de las matemáticas hacia la física. Es decir, se consumir más tiempo en el salón de clases discutiendo los aspectos físicos de los problemas con mayor detalle y menor tiempo en la mecánica de los procedimientos de resolución. B. No se puede concebir la práctica de la ingeniería en la actualidad sin el uso de alguno de estos paquetes. Es evidente que permite a los ingenieros resolver problemas con facilidad y rapidez, pero también abre la puerta para los abusos y la mala información. 1-32C El peso de los cuerpos puede cambiar ligeramente de un lugar a otro, como resultado de la variación de la aceleración gravitacional g con la elevación. Tome en cuenta esta variación, use la relación del problema 1-16 y determine el peso de una persona de 80 kg a nivel del mar (z = 0), en Denver (z = 1 610 m), y en la cima del Monte Everest (z = 8 848 m). 1-33C Un hombre va a un mercado tradicional a comprar un trozo de filete para la cena. Encuentra un filete de 12 oz (1 lbm = 16 oz) a un precio de 3.15 dólares. Entonces va al mercado internacional adyacente y encuentra un trozo de filete de 320 g, de idéntica calidad a un precio de 2.80 dólares. ¿Cuál de los dos trozos de filete es la mejor compra?