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IDENTIFICACIÓN Asignatura Gestión Energética Guía No. 2 Área Básicas de la Tecnología Nivel 5 Código GEE54 Pensum 11 Correquisito(s) Prerrequisito(s) Créditos 4 TPS 5 TIS 10 TPT 80 TIT 160 TRABAJO INDEPENDIENTE TRABAJO PRESENCIAL Trabajo Teórico Trabajo Práctico Trabajo Teórico Trabajo Práctico IDENTIFICACIÓN COMPETENCIAS CONTENIDO TEMÁTICO INDICADOR DE LOGRO Realizar balances energéticos para la gestión energética en los SEM’s de los procesos industriales, teniendo en cuenta los conceptos básicos de energía fluídica, térmica y las transformaciones energéticas de calor. Mecánica de fluidos: Conceptos fundamentales. Propiedades Fundamentos de Hidrostática Comprender y aplicar los conceptos y propiedades básicas de la mecánica de fluidos en especial, el concepto de presión) en la solución de situaciones problema en diferentes contextos. RECURSOS REQUERIDOS Notas de clase Material bibliográfico: Textos descritos en bibliografía, biblioteca, internet Docentes y estudiantes PROCEDIMIENTO COMPRENSIÓN DE CONCEPTOS What is the difference between gage pressure and absolute pressure? ¿Explique por qué algunas personas experimentan hemorragia nasal y otras experimentan reducción de la respiración a grandes alturas? Someone claims that the absolute pressure in a liquid of constant density doubles when the depth is doubled. Do you agree? Explain. Se suspende un diminuto cubo de acero en agua por medio de un cable. Si las longitudes de los lados del cubo son muy pequeñas, ¿qué comparación habría entre las magnitudes de las presiones sobre la parte superior, el fondo y las superficies laterales de ese cubo? Express Pascal’s law, and give a real-world example of it. Consider two identical fans, one at sea level and the other on top of a high mountain, running at identical speeds. How would you compare (a) the volume flow rates and (b) the mass flow rates of these two fans? Diga si las siguientes afirmaciones (del 7 al 11) son (o podrían ser) verdaderas o falsas. Para las falsas, explique por qué lo son. El valor de la presión absoluta siempre será más grande que la presión manométrica. Mientras se esté en la superficie de la Tierra, la presión atmosférica será de 14.7 psia. La presión en cierto tanque es de -55.8 Pa (abs). La presión en cierto tanque es de -4.65 psig. La presión en cierto tanque es de -150 kPa (man). PROBLEMAS DE APLICACIÓN - SITUACIONES EN CONTEXTO Un manómetro de vacío conectado a una cámara da una lectura de 24 kPa, en un lugar donde la presión atmosférica es de 92 kPa. Determine la presión absoluta en la cámara. Respuesta: 68 kPa A manometer is used to measure the air pressure in a tank. The fluid used has a specific gravity of 1.25, and the differential height between the two arms of the manometer is 28 in. If the local atmospheric pressure is 12.7 psia, determine the absolute pressure in the tank for the cases of the manometer arm with the (a) higher and (b) lower fluid level being attached to the tank. Respuestas: a) 11.4 psia; b) 14 psia El agua en un tanque está presurizada por aire, y la presión se mide con un manómetro multifluido como se muestra en la figura. Determine la presión manométrica del aire en el tanque si h1 = 0.2 m, h2 = 0.3 m y h3 = 0.46 m. Considere las densidades del agua, del aceite y del mercurio como 1000 kg/m3, 850 kg/m3 y 13600 kg/m3, respectivamente. Respuesta: 56.9 kPa Determine la presión atmosférica en una localidad donde la lectura barométrica es de 750 mmHg. Considere la densidad del mercurio como 13600 kg/m3. Respuesta: 100 kPa Se lee que la presión manométrica en un líquido a una profundidad de 3 m es de 28 kPa. Determine la presión manométrica en el mismo líquido a una profundidad de 12 m. Respuesta: 112 kPa La presión absoluta en agua a una profundidad de 5 m es de 145 kPa. Determine a) la presión atmosférica local y b) la presión absoluta a una profundidad de 5 m en un líquido cuya gravedad específica sea 0.85 en la misma localidad. Respuestas: a) 96 kPa; b) 138 kPa Consider a 70-kg woman who has a total foot imprint area of 400 cm2. She wishes to walk on the snow, but the snow cannot withstand pressures greater than 0.5 kPa. Determine the minimum size of the snowshoes needed (imprint area per shoe) to enable her to walk on the snow without sinking. Respuesta: 1.37 m2 A vacuum gage connected to a tank reads 30 kPa at a location where the barometric reading is 755 mm Hg. Determine the absolute pressure in the tank. Take ρHg = 13590 kg/m3. Respuesta: 70.6 kPa El barómetro de un montañista registra 930 mbar al principio de un ascenso y 780 mbar al final. Desprecie el efecto de la altitud sobre la aceleración gravitacional local y determine la distancia vertical ascendida. Suponga una densidad promedio del aire a 1.20 kg/m3. Respuesta: 1274 m The basic barometer can be used to measure the height of a building. If the barometric readings at the top and at the bottom of a building are 730 and 755 mm Hg, respectively, determine the height of the building. Take the densities of air and mercury to be 1.18 kg/m3 and 13600 kg/m3, respectively. Respuesta: 288.6 m Un gas está contenido en un dispositivo vertical de cilindro – émbolo sin fricción. El émbolo tiene una masa de 4 kg y un área de sección transversal de 35 cm2. Un resorte comprimido ejerce sobre el émbolo una fuerza de 60 N. Si la presión atmosférica es 95 kPa, determine la presión dentro del cilindro. Respuesta: 123.4 kPa A mercury manometer (ρHg = 13600 kg/m3) is connected to an air duct to measure the pressure inside. The difference in the manometer levels is 15 mm, and the atmospheric pressure is 100 kPa. (a) Judging from Figure, determine if the pressure in the duct is above or below the atmospheric pressure. (b) Determine the absolute pressure in the duct. Respuesta: b) 102 kPa Considere un hombre de 1.8 m de alto parado verticalmente en el agua y completamente sumergido en una piscina. Determine la diferencia entre las presiones que actúan en la cabeza y la punta del pie de este hombre, en kPa. Respuesta: 17.7 kPa Consider a U-tube whose arms are open to the atmosphere. Now water is poured into the U-tube from one arm, and light oil (ρ = 790 kg/m3) from the other. One arm contains 70-cm-high water, while the other arm contains both fluids with an oil-to-water height ratio of 6. Determine the height of each fluid in that arm. Respuesta: Altura agua: 0.122 m; altura aceite: 0.732 m Un elevador hidráulico en un taller de reparación de automóviles tiene un diámetro de 30 cm, y puede elevar automóviles de hasta 2000 kg. Determine la presión manométrica del fluido que debe ser mantenida en el recipiente. Respuesta: 278 kPa Freshwater and seawater flowing in parallel horizontal pipelines are connected to each other by a double U-tube manometer, as shown in Figure. Determine the pressure difference between the two pipelines. Take the density of seawater at that location to be ρ = 1035 kg/m3. Can the air column be ignored in the analysis? Respuesta: 3.39 kPa La presión en una tubería de gas natural se mide con un manómetro que se muestra en la figura, con uno de los extremos abierto a la atmósfera donde la presión atmosférica local es de 14.2 psia. Determine la presión absoluta en la tubería. Respuesta: 18.1 psia The gage pressure of the air in the tank shown in Figure is measured to be 65 kPa. Determine the differential height h of the mercury column. Respuesta: 0.47 m La parte superior de un tanque de agua se divide en dos compartimentos, como se observa en la figura. Se llena por un lado con un fluido de densidad desconocida y el agua aumenta su nivel hasta una cierta cantidad, por el otro lado, hasta compensar este efecto. Con base en las alturas finales del fluido mostrado en la figura, determine la densidad del fluido adicionado. Suponga que el líquido no se mezcla con el agua. Respuesta: 563 kg/m3 Consider a double-fluid manometer attached to an air pipe shown in Figure. If the specific gravity of one fluid is 13.55, determine the specific gravity of the other fluid for the indicated absolute pressure of air. Take the atmospheric pressure to be 100 kPa. Respuesta: 1.34 Se mide la diferencia de presión entre un tubo de aceite y uno de agua con un manómetro de doble fluido, como se muestra en la figura. Para las alturas y las gravedades específicas dadas de los fluidos, calcule la diferencia de presión ∆P = PB – PA. Respuesta: 27.7 kPa BIBLIOGRAFÍA CENGEL, Yunus y CIMBALA, John. Mecánica de Fluidos. Fundamentos y Aplicaciones. 1 ed. México: McGraw – Hill. 2007, 956 p. MOTT, Robert L. Mecánica de Fluidos. 6 ed. México: Pearson. Prentice Hall. 2006, 626 p. MUNSON, Bruce et al. Fundamentos de Mecánica de Fluidos. México: Limusa-Wiley. 2002, 867 p. DIRECCIONES ELECTRÓNICAS http://www.dwyer-inst.com http://www.ametekusg.com laborado por: Gustavo Patiño Jaramillo Sandra Ruth Ochoa Gómez Maria Vilma Garcia Buitrago Versión: 1.1 Fecha: Febrero 2010 Aprobado por: Francisco Gómez GUÍA DE TRABAJO Tecnología Electromecánica Código FDE 048 Versión 03 Fecha 2009-06-09