Problema: Una empresa que produce colorantes alimentarios naturales transporta el jugo de remolacha a través de una tubería de sección transversal rectangular con un gasto de 6000 litros/hora. El ancho de la sección es de 30 cm.
a) Calcula la velocidad del jugo cuando la altura de la sección es de 20 cm.
b) ¿Qué altura debe tener la sección para que la velocidad sea de 4 m/s?

Respuesta :

Respuesta:

Para resolver este problema, usaremos la fórmula de flujo volumétrico y la relación entre velocidad, área de la sección transversal y flujo.

El flujo volumétrico \(Q\) se puede expresar como:

\[ Q = A \cdot v \]

donde:

- \( Q \) es el flujo volumétrico (en \(\text{m}^3/\text{s}\))

- \( A \) es el área de la sección transversal (en \(\text{m}^2\))

- \( v \) es la velocidad del fluido (en \(\text{m}/\text{s}\))

Primero, convertimos el flujo volumétrico dado de litros/hora a \(\text{m}^3/\text{s}\):

\[ 6000 \text{ litros/hora} = 6000 \times 10^{-3} \text{ m}^3/\text{hora} = 6 \text{ m}^3/\text{hora} \]

Como hay 3600 segundos en una hora:

\[ Q = \frac{6 \text{ m}^3}{3600 \text{ s}} = \frac{1}{600} \text{ m}^3/\text{s} \approx 0.00167 \text{ m}^3/\text{s} \]

### a) Calcular la velocidad del jugo cuando la altura de la sección es de 20 cm.

Primero, convertimos las dimensiones de la sección transversal de centímetros a metros:

- El ancho \(a = 30 \text{ cm} = 0.3 \text{ m}\)

- La altura \(h = 20 \text{ cm} = 0.2 \text{ m}\)

El área de la sección transversal \(A\) es:

\[ A = a \cdot h = 0.3 \text{ m} \times 0.2 \text{ m} = 0.06 \text{ m}^2 \]

Ahora, usamos la fórmula del flujo para encontrar la velocidad \(v\):

\[ v = \frac{Q}{A} = \frac{0.00167 \text{ m}^3/\text{s}}{0.06 \text{ m}^2} \approx 0.0278 \text{ m}/\text{s} \]

### b) ¿Qué altura debe tener la sección para que la velocidad sea de 4 m/s?

Usamos la fórmula de flujo nuevamente y resolvemos para la altura \(h\):

\[ Q = A \cdot v \]

\[ A = \frac{Q}{v} = \frac{0.00167 \text{ m}^3/\text{s}}{4 \text{ m}/\text{s}} \approx 0.0004175 \text{ m}^2 \]

Sabemos que el área de la sección es el producto del ancho y la altura. Con el ancho dado de \(0.3 \text{ m}\), despejamos para la altura \(h\):

\[ A = a \cdot h \]

\[ h = \frac{A}{a} = \frac{0.0004175 \text{ m}^2}{0.3 \text{ m}} \approx 0.0013917 \text{ m} \]

Convirtiendo esta altura a centímetros:

\[ h \approx 0.0013917 \text{ m} \times 100 \approx 0.139 \text{ cm} \]

Por lo tanto, la altura de la sección debe ser aproximadamente 0.139 cm para que la velocidad sea de 4 m/s.

Explicación:

por favor la coronita

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