7 CONCEPTUAL SITE LAYOUTS
7.7 Land Area Requirements
3.1 Por una tubería se descargan 95 litros por minuto de un líquido sobre un
tanque. Si la capacidad del tanque es de 5 m3, ¿en cuanto tiempo se llenará el tanque? ο
V
= V/ θ ⇒ θ = (V/ ) οV
θ = V/ = 5000 litros/ 95 litros/mi = 52,63 mi οV
3.2 Una bomba descarga 75 litros/mi de un líquido cuya gravedad específica es
0,96. Encontrar: a) El flujo en kg./mi. b) El tiempo necesario para llenar un tanque vertical de 6 m de diámetro y 5 m de altura.
G = ρL/ ρagua ⇒ ρL= 0,96 x 1 kg/lt = 0.96 kg/lt
a) = x ρ = 75 lt/mi x 0.96 kg/lt = 72 kg/mi ο
m
οV
π D2 π (6)2 b) V = ⎯⎯⎯ x Z = ⎯⎯⎯⎯ x 5 = 141.37 m3 4 4 οV
= V / θ ⇒ θ = V/ = (141.37 m3 / 75 lt/mi)(1000 lt/m3 ) =1884.9 mi οV
3.3 Determinar la energía potencial por unidad de masa del agua almacenada a
una altura de 60 m. Dar la respuesta en kJ/kg. m m2 J εP = g Z = 9,8 ⎯⎯ x 60 m = 588 ⎯⎯ = 588 ⎯⎯ = 0,588 kJ/kg s2 s2 kg
3.4 Se bombea agua desde una torre de enfriamiento hasta un condensador
ubicado sobre una plataforma colocada 20 m por encima de la torre. Si el flujo de agua es de 10 litros por minuto, determinar el cambio de energía potencial del agua en J/mi.
EP = εP= g Z ο
m
οm
οm
= (10 lt/mi)(1 kg/lt) = 10 kg/mi EP = 10 kg/mi x 9,8 m/s 2 x 20 m = 1960 J/mi3.5 En el condensador de una turbina de vapor se mantiene la presión absoluta
de 3,92 kPa. ¿Qué marcarán los vacuómetros graduados en mm Hg, si en un caso indica el barómetro 735 mm Hg y en otro caso 764 mm Hg?
760 mm Hg
Pabs = 3,92 kPa x ⎯⎯⎯⎯⎯ = 29,41 mm Hg
Pv = Patm – Pabs = 735 - 29,41 = 705,59 mm Hg
Pv = 764 - 29,41 = 734,59 mm Hg
3.6 Un pistón tiene un área de 450 cm2. Calcular la masa del pistón en kg si éste ejerce una presión de 20 kPa por encima de la presión atmosférica sobre un gas encerrado en el cilindro.
P = 20 kPa = 20 000 N/m2 N 1 m F = P.A = 20 000 ⎯⎯ x 450 cm2 x (⎯⎯⎯⎯)2 = 900 N m2 100 cm 900 N F = m g ⇒ m = ⎯⎯⎯⎯ = 91,83 kg 9,8 m/s2
3.7 Un sistema de alimentación por gravedad se emplea para alimentar agua a un
aparato. Se requiere una presión mínima de 206.7 kPa (man.) a la entrada del aparato. ¿Cuál debe ser la elevación del nivel del agua por encima del aparato?
P = ρ g Z Se utiliza la presión manométrica en el cálculo. P 206700 Pa Z = ⎯⎯ x ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 21,09 m ρ g (1000 kg/m3 )(9,8 m/s2)
3.8 Un fluido manométrico especial tiene una gravedad específica de 2,95 y se
utiliza para medir una presión de 120.59 kPa en un lugar donde la presión barométrica es 97.84 kPa. ¿Cuál será la altura alcanzada por el fluido manométrico? ρL G = ⎯⎯⎯ = 2,95 ρagua ρL= 2,95 x 1000 kg/m 3 = 2950 kg/m3 Pabs = Patm + Pm Pm = 120,59 - 97,84 = 22,75 kPa P 22750 Pa Z = ⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 0,787 m = 78,7 cm ρ g (2950 kg/m3 )(9,8 m/s2)
3.9 Convertir en grados centígrados las siguientes temperaturas medidas con un
termómetro Fahrenheit: - 275, 24, 162, 1.465. t oC = (t oF - 32)/1,8 t oC = (-275 - 32)/1,8 = - 170,5 oC t oC = (24 - 32)/1,8 = - 4,44 oC t oC = (162 - 32)/1,8 = 72,2 oC t oC = (1465 - 32)/1,8 = 796,1 oC
Convertir en grados Faharenheit las siguientes temperaturas medidas en grados centígrados: - 186, - 12, 127, 893.
t oF = 1,8(-186) + 32 = - 302,8 oF t oF = 1,8( -12) + 32 = 10,4 oF t oF = 1,8(127) + 32 = 260,6 oF t oF = 1,8(893) + 32 = 1639,4 oF
3.10 Dos termómetros, uno Fahrenheit y otro Centígrado están sumergidos en un
fluido e indican la misma lectura. ¿Cuál es esa lectura en oR ? t oC = t oF = t t = 1,8 t + 32 ⇒ t = (-32/0,8) = -40 t = - 40 oC = - 40 oF = 420 oR
PROBLEMAS PROPUESTOS
3.11 Se bombea agua hacia un tanque cuyo diámetro es 3 metros a velocidad
estable. El nivel del agua en el tanque se incrementa en 6 cm por hora. a) ¿Cuántos GPM son bombeados? b) Si se utiliza una tubería de 2,36 cm de diámetro para llenar el tanque, ¿cuál es la velocidad del agua en la tubería en m/s ?
3.12 Un fluido cuya gravedad específica es 1.2 circula por una tubería a razón de
14 kg/hr. ¿Cuál es el flujo en cm3/mi y cuál ha de ser el diámetro de la tubería para que su velocidad sea 1.5 m/s?
3.13 ¿Cuál es el flujo de energía cinética transportada por una corriente de agua
que fluye a razón de 5 litros/mi en una tubería de 4 cm de diámetro?
3.14 Una bomba descarga un líquido a un tanque cúbico de 3 m de lado. El flujo
1.2 veces la del agua. Determinar (a) el flujo másico en kg/s. (b) el tiempo que se tarda en llenar el tanque.
3.15 Un manómetro, montado en la cabina abierta de un aeroplano que se
encuentra en tierra, y que mide la presión del aceite, indica una lectura de 6 kgf/cm
2
, cuando el barómetro marca 752 mm Hg. a) ¿Cuál es la presión absoluta del aceite, expresada en N/m2, y kgf/cm
2
? b) ¿Qué marcará el manómetro, expresado en estas mismas unidades, cuando el aeroplano se eleva a cierta altura en la cual la presión atmosférica es 0,59 bar, si la presión absoluta permanece constante?
3.16 En la sala de máquinas de una central eléctrica funciona una turbina cuyo
condensador se mantiene a la presión absoluta de 4.9 kPa. Determinar el valor del vacío como un porcentaje de la presión barométrica cuyo valor es 753 mm Hg.
3.17 Se utiliza un manómetro para medir la presión dentro de un tanque. El fluido
utilizado tiene una densidad relativa de 0.89 y la diferencia de alturas en el manómetro es 70 cm. Si la presión atmosférica local es de 90 kPa, determinar la presión absoluta dentro del tanque en kPa.
3.18 Un cilindro de diámetro 200 mm está herméticamente cerrado por un émbolo
conectado a un resorte. Este émbolo convencionalmente es ingrávido y se desliza sin rozamiento. En el cilindro se ha practicado un vacío equivalente al 83% de la presión barométrica que es 600 mm Hg. Determinar la fuerza F de tensión del resorte, en kgf si el émbolo no se mueve.
3.19 Determine la presión atmosférica de un sitio donde la lectura barométrica es
de 700 mm Hg y la aceleración de la gravedad es 9.7 m/s2. Suponer una densidad para el mercurio de 13750 kg/m3.
3.20 Un medidor de vacío conectado a un tanque registra 45 kPa en un sitio
donde la lectura barométrica es de 725 mm Hg. Determinar la presión absoluta en el tanque.
3.21 Determinar la presión ejercida sobre un buzo a 35 m por debajo de la
superficie libre del mar. Suponer una presión barométrica de 101 kPa y una densidad relativa para el agua de mar de 1.04.
3.22 Dentro de un dispositivo cilindro-pistón vertical se encuentra un gas. El pistón
medio de un resorte se comprime el émbolo con una fuerza de 56 N. Si la presión atmosférica es 90 kPa, determinar la presión dentro del cilindro.
3.23 Un dispositivo vertical de cilindro-pistón sin fricción contiene un gas a 500
kPa. La presión atmosférica en el exterior es de 100 kPa y el área del pistón es de 30 cm2. Determinar la masa del pistón.
3.24 Calcular la presión manométrica en psig en el fondo de un tanque lleno de
benceno (G = 0,879) si su altura es 3 m.
3.25 Convertir 225 kPa a atmósferas y mm Hg.
3.26 Un montañista porta un barómetro que indica 101.3 kPa al pie de una
montaña, y el mismo aparato señala 85 kPa en la cima. La densidad promedio del aire es de 1.2 kg/m3. Determinar la altura de la montaña.
3.27 ¿Hasta de qué altura podrá la presión atmosférica normal sostener una
columna vertical de agua?
3.28 Un manómetro que contiene aceite (ρ = 850 kg/m3) se conecta a un tanque lleno de aire. Si la diferencia del nivel de aceite entre ambas columnas es de 45 cm y la presión atmosférica es 98 kPa, determinar la presión absoluta del aire en el tanque.
3.29 La mitad inferior de un recipiente cilíndrico de 10 m de altura se llena con
agua (ρ = 1000 kg/m3
) y la mitad superior con un aceite que tiene una densidad relativa de 0.85. Determinar la diferencia de presión entre la parte superior y la parte inferior del cilindro.
3.30 En un colector de vapor hay 300 kg de vapor de agua. Determinar el volumen
V del colector, en galones, si el volumen específico del vapor es 20,2 cm3/g.
3.31 Determinar la masa y el peso del aire contenido en un salón de 12 x 8 x 4
metros. Suponer una densidad para el aire de 1.17 kg/m3.
3.32 Un tanque contiene 20 kg de nitrógeno y 20 kg de monóxido de carbono. El
volumen total del tanque es 20 m3. Determinar la densidad y el volumen específico de la mezcla.
3.33 Dos termómetros marcan 315 oC y – 440 oF. ¿Cuáles serán las temperaturas absolutas en las escalas Kelvin y Rankine ?
3.34 Convertir los siguientes intervalos de temperatura: a) 37 oC a oF, oR y oK. b) 145 oR a oF, oC y oK.
3.35 Durante un proceso de calentamiento, la temperatura de un sistema aumenta
en 15ºC. Expresar el aumento en la escala Kelvin y Rankine.
3.36 La temperatura corporal promedio de una persona aumenta casi 2ºC durante el ejercicio intenso. ¿Cuál es éste aumento en la temperatura del cuerpo en
o
K, oF y oR?
3.37 La temperatura de ebullición del agua disminuye cerca de 3ºC por cada 1000 m de aumento de altitud. Si la temperatura de ebullición del agua es 212ºF a nivel del mar, ¿cuál es la temperatura de ebullición en oF en una montaña de 2600 metros de altura?
3.38 Una casa pierde calor a una tasa de 3000 kJ/h por oC, de diferencia entre las temperaturas externa e interna. Expresar la tasa de pérdida de calor por oF de diferencia.
3.39 En la escala de temperaturas Reaumur se asigna un valor de 0 al punto de
fusión del hielo y de 80 al punto de ebullición del agua. ¿Cuál es la temperatura del cero absoluto en esta escala?
3.40 La temperatura promedio de la atmósfera en el mundo es aproximadamente
una función de la altura mediante la siguiente ecuación: Tatm = 288.15 - 6.5 Z
donde Tatm es la temperatura de la atmósfera en o
K y Z es la altura en km con Z=0 a nivel del mar. Determinar la temperatura promedio de la atmósfera fuera de un avión que viaja a una altura de 12000 m.