Autor Tema: Dinámica de fluidos

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05 Noviembre, 2007, 03:32 am
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viky

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Hola a todos, soy nueva aquí. Necesito su ayuda con el siguiente problema.

Un tanque cilíndrico vertical de 4.0 m de altura está cerrado por arriba con un pistón sin fricción y de masa despreciable. El tanque contiene aire en equilibrio mecánico y térmico con la atmósfera a 1 atm y 20ºC. Se vierte muy lentamente mercurio sobre el pistón en un proceso muy lento que permite que la temperatura se mantenga constante a 20ºC. ¿Cuánto bajará el pistón antes de que se derrame mercurio por el borde superior del cilindro?

Desde ya muchas gracias.

05 Noviembre, 2007, 02:06 pm
Respuesta #1

escarabajo

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Hola.Bienvenida ;D

Parece más bien un problema de gases ideales que de dinámica de fluidos..¿no? , ¿es un problema de física 1 de facultad de ingenieria?

Mi razonamiento me deja dudas...no usé para nada la temperatura,y además necesitaría la densidad del mercurio...pero bueno, por lo que te dice la letra podes suponer que la temperatura va a ser constante en el proceso,

(Si medimos las alturas desde el fondo del tanque)

(1)\( P.V=cte \Rightarrow P_0 Ah_0=P_fAh_f \Rightarrow h_f=\displaystyle\frac{P_0h_0}{P_f} \)

A es la sección del tanque.
La presión inicial y la altura inicial son datos, faltaría hallar la presión final.

Cuando el mercurio comienza a desbordar el sistema está en equilibrio de nuevo, si miramos las fuerzas sobre el pistón la fuerza neta es cero, y sobre el pistón actua el peso del mercurio que hay sobre el pistón, y la presión hacia arriba que hace el aire encerrado,entonces:

(2) \( m_{hg} g=P_f A \)

Ahora, es necesario tener la densidad del mercurio me parece, para poder calcular en función de la altura la masa:

\( \rho_{hg}V=m_{hg}\Rightarrow \rho_{hg}A(h_o-h_f)=m_{hg} \)

Es decir, el volumen que va ocupando el mercurio es el que va desplazando de aire, la sección es la misma,y la altura es la diferencia.(lo que baja)

Despejando la masa de mercurio,sistituyendo en (2), y luego despejando de (2) la presión final vas a poder despejar en (1) la altura final.

La diferencia de alturas es lo que baja el piston.

Espero que sea correcto.

Saludos.

"Escapar sólo no es interesante...minimo tienen que ser dos".

05 Noviembre, 2007, 02:49 pm
Respuesta #2

viky

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Primero que nada muchas gracias por tu ayuda. Efectivamente es un problema de monitoreo de fisica de facultad de ingenieria. El monitoreo va mucho mas avanzado que el teòrico y como en teòrico se esta dando fluidos me equivoque en el titulo del tema.
Muchas gracias :D

05 Noviembre, 2007, 11:54 pm
Respuesta #3

escarabajo

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Aja, me imaginé que era de monitoreo, y el problema me suena familiar, probablemente sea de parcial o examen.

En fin, creo que no la embarré,pero como decía, falta ese dato de la densidad de mercurio....y la temperatura la usé para calentarme con el frio de ésta mañana y nada más.

No sé, en clase te lo aclararán.

Saludos.
"Escapar sólo no es interesante...minimo tienen que ser dos".

30 Octubre, 2026, 02:51 am
Respuesta #4

Richard R Richard

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Creo que hay una pequeña diferencia a notar.

Cuando se vierte Mercurio sobre el cilindro la presión atmosférica sigue actuado sobre el cilindro, así que si presión por volumen es constante en el interior....

$$P_{atm}V_{cil}=P_{atm}Ah_{cil}=Cte=(P_{atm}+(h_{cil}-h_f)\rho_{Hg}g)\cdot Ah_f=P_fV_f$$

$$101325 N/m^2\cdot4m=(101325 N/m^2+(4-h_f)13900kg/m^3\cdot9.8m/s^2)\cdot h_f$$

calculando $$h_f=0.744m$$ la altura del pistón respecto del fondo, entonces   lo que baja es $$4-0.744=3.256m$$



Bueno basta por hoy ;D
Saludos  \(\mathbb {R}^3\)