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Yaser

Por una tubería circula agua a 4 m/s bajo una presión de 200 kPa. La tubería se estrecha hasta la mitad de su diámetro original. Hallar:

(a) la velocidad.

(b) la presión del agua en la parte más estrecha de la tubería.

Gracias.

Respuestas (2)

Tienes los datos:

- correspondientes a la tubería:

v1 = 4 m/s (rapidez del líquido), p1 = 200 KPa = 200000 Pa (presión), D1 (diámetro), 

A1 = π*D12/4 (área de la sección transversal),

- correspondientes al estrechamiento:

v2 = a determinar (rapidez del líquido), p2 = a determinar (presión), D2 = D1/2 (diámetro),

A2 = π*D22/4 (área de la sección transversal),

además:

δ (densidad de masa del líquido), g (módulo de la aceleración gravitatoria terrestre).

a)

Planteas la ecuación de continuidad (recuerda: el caudal es constante en toda la tubería), y queda:

a)

A2*v2 = A1*v1,

aquí sustituyes las expresiones de las áreas de las secciones transversales, y queda:

(π*D22/4)*v2 = (π*D12/4)*v1,

ahora multiplicas por 4 y divides por π en ambos miembros, y queda:

D22*v2 = D12*v1, 

aquí sustituyes la expresión del diámetro en el estrechamiento, y queda:

(D1/2)2*v2 = D12*v1,

ahora resuelves la expresión en el primer factor en el primer miembro, y queda:

(D12/4)*v2 = D12*v1, 

ahora multiplicas por 4 y divides por D12 en ambos miembros, y queda: 

v2 = 4*v1 = 4*(4 m/s) = 16 m/s.

b)

Planteas Ecuación de Bernoulli para los dos tramos de tubería que tienes en estudio, y queda (observa que consideramos que la tubería es horizontal, y que indicamos con "y" a su altura con respecto al suelo):

p2 + δ*g*y + (1/2)*δ*v22 = p1 + δ*g*y + (1/2)*δ*v12, 

aquí restas δ*g*y y restas (1/2)*δ*v22 en ambos miembros, y queda:

p2 = p1 + (1/2)*δ*v12 - (1/2)*δ*v22,  

ahora extraes factores comunes con los dos últimos términos, y queda:

p2 = p1 + (1/2)*δ*(v12 - v22),  

a continuación reemplazas datos (recuerda que la densidad de masa del agua es: δ = 1000 Kg/m3), y queda:

p2 = 200000 + (1/2)*1000*(42 - 162) = 200000 + (-120000) = 80000 Pa = 80 KPa.

Espero haberte ayudado.