Mecánica de Fluidos Trabajo Práctico # 1 Propiedades Viscosidad Manometría.

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1 Mecánica de Fluidos Trabajo Práctico # 1 Propiedades Viscosidad Manometría. Como proceder: a.-imprima los contenidos de esta guía, el mismo contiene tablas y gráficas importantes para el desarrollo de la materia y servir de apoyatura en los parciales y finales. b.-lea los contenidos de la parte Teórica correspondiente al Modulo 01 disponible en LIRUCA (Mec de Fluidos Prof. Rosasco), haga un resumen de conceptos y de fórmulas, lo indicado como Notas Complementarias es de lectura opcional, después intente resolver los problemas uno a uno, si no puede lograrlo consulte la guía ya resuelta, y analice el procedimiento. Repase la sección Taller y Laboratorio, verifique que entiende todo lo explicado. Si desea practicar más intente resolver los problemas de repaso y los disponibles en la bibliografía de referencia. (Tiempo estimado a dedicar 4 a 5 hs. durante la semana). Problemas resueltos 1.- a.- Encontrar la altura de la superficie libre del agua en un recipiente cónico si este contiene 0.8 [pie^3] de agua. El cono tiene 20[pulgadas] de altura y un radio en la base de 10[pulgadas]. b.- Cuanta agua adicional se requiere para llenar el depósito. (Transforme los datos a SI de unidades y exprese los resultados en SI. 2.- Un depósito cilíndrico vertical con un diámetro de 12m y una profundidad de 4m esta lleno y enrasado al tope con agua a 20ºC (peso específico a 20ºC 9.79 Kg/m3). Si el depósito es calentado por acción meteorológica a 50ºC (peso específico a 50ºC 9.69 Kg/m3). Cuanta agua se derramará del mismo? 3.- Un líquido está comprimido en un cilindro a una presión p = 1Mpa, y presenta un volumen de 1000 cm3, cuando se lo comprime a 2 MPa, su volumen se reduce a 995 cm3. Se pide calcular el Módulo de compresibilidad volumétrico de la sustancia. 4.- Un depósito muy rígido, contiene una interfase A de aceite y una interfase B de agua, sujetos a una presión variable de aire, que se incorpora a través de una tubería en la parte superior. Las medidas indicadas en el esquema, corresponden a: p = 1 at. El aire se incorpora lentamente hasta alcanzar p= 1 MPa. Se pregunta cuanto se ha desplazado hacia abajo la superficie libre, considere que el depósito no se deforma con la presión en primera aproximación. Datos: K (agua)= 2075 MPa.; K (aceite) 2050 MPa. 1

2 3 lib. 5.- Un flujo de un fluido, tiene una viscosidad absoluta de 1.10 s [ ] y una gravedad específica de pie Calcular el gradiente de velocidad y la intensidad de la tensión de corte en la cota de la superficie sólida y en puntos a 1, 2 y 3 pulgadas de la superficie, en los siguientes casos; a.- si la distribución de velocidades del flujo es una recta según se indica en el esquema. b.- si la distribución de velocidades del flujo es una parábola horizontal. 6.- Taller y Laboratorio Aplicación 1- Proyectar un Dispositivo de laboratorio para medir la viscosidad e los fluidos. Se va a medir la viscosidad de un fluido, con un dispositivo construido con dos cilindros concéntricos siendo su diámetro exterior de 12 cm, quedando una brecha perimetral constante con el cilindro exterior de 1.5 mm. La altura bañada por el fluido en el cilindro interior es de 40 cm. El cilindro interior se hace rotar a velocidad angular constante de 30 RPM llevado por un pequeño motor eléctrico y mediante un sistema de pesas, polea y cuerda enrollada se mide el par de rotación al freno del cilindro exterior. a.- Se pide hallar una fórmula que permita calcular la viscosidad del fluido interpuesto en la cámara anular entre ambos cilindros a partir de los datos. b.- cuando el contrapeso necesario para compensar el par de rotación sea de 1.5 New, cual será la viscosidad dinámica del fluido interpuesto? 2

3 7.- Un disco de radio R rota a una velocidad angular constante, dentro de un baño de aceite de viscosidad absoluta μ, asumiendo que el perfil de velocidades es lineal, y despreciando el efecto de los bordes, hallar la expresión para el torque requerido sobre el eje, hacer una análisis de las unidades y calcular la potencia requerida para la velocidad angular definida. 8.- Usando como manómetro un tubo trasparente en U conteniendo un fluido de gravedad específica g.e = 0.85, se ha obtenido las mediciones que se indican en el esquema, se desea conocer la presión dentro del depósito. 9.- Un tubo trasparente en U, puede usarse para medir la densidad de un líquido desconocido, suponga que se establece la situación de la figura siguiente, cual sería la densidad de la sustancia desconocida, y cual su gravedad específica? el tubo está abierto a la atmósfera en ambos extremos El agua en un depósito, se presuriza con aire y se desea medir esta presión con un manómetro de fluidos múltiples, como se indica en la figura, el manómetro es abierto a la atmósfera, y el depósito se encuentra sobre una montaña a una altura de 1400 m, donde la presión atmosférica es de 85.6 KPa, determinar la presión de presurización P si : h1=0.1m, h2=0.2m, h3=0.35m, ρ(agua)=1000 Kg/m3, ρ(oil)=850 Kg/m3, ρ(hg)=13600 Kg/m3. 3

4 [] 4

5 Problemas de repaso 1.- En una planta de procesos químicos se desea construir un tanque esférico para contener 10 Kg de O2 (óxigeno gaseoso) bajo las siguientes condiciones: Presión: 14 Mpa Temperatura: 35ºC Se pide hallar el volumen que deberá tener el tanque. dato adicional, constante particular del oxígeno: R = Joule /Kg.ºK 2.- Tomando como dimensiones básicas F, L t y T (fuerza, longitud, tiempo y temperatura) defina las unidades para las siguientes magnitudes expresándolas en SI y unidades inglesas. a.- potencia. b.- presión. c.- modulo de elasticidad. d.- velocidad angular. e.- energía. f.- momento de una fuerza. g.- tensión de cortante. 3.- Convertir las unidades de la viscosidad dinámica y la presión que se indican:. 8 [New.seg /m2] a [centipoises] 32 [psi] a[pa] 4.-Una placa plana de grandes dimensiones es movida sobre una base plana lisa. Entre ambas se coloca una película de un fluido cuya viscosidad es de 0.85 Cp y su gravedad específica s.g 0.88, La placa superior se mueve a 0.3 m/seg a derecha lel espesor de la capa fluida es de 0.3 mm y se considera establecido un patron lineal de velocidades entre las superficies. se pide: a.- expresar la viscosidad en unidades SI b.-la viscocidad cinemática del fluido. c.- la tensión que el fluido ejerce sobre la placa móvil en su plano inferior especificando el sentido d.- la tensión que el fluido ejerce sobre la base especificando el sentido. 5

6 5.- El esquema de la figura siguiente muestra un depósito abierto a la atmósfera que contiene agua de densidad específica 1 y está conectado a través de un tubo en U a otro depósito cerrado, que contiene un aceite mineral de densidad específica La parte inferior del tubo U contiene tetracloruro de carbono (C-Cl 4 ). Las alturas relativas de las columnas se dan como datos, y la presión manométrica que mide el manómetro sobre el recipiente cerrado es de 1200 Pa. a.- se pide averiguar cual es la densidad del tetracloruro de carbono, calculada a partir de los datos siguientes: h 1 = 0.4 m h 2 = 0.1 m h 3 = 0.13 m b.- Basándose en la resolución de la parte a, se desea determinar una fórmula genérica para el cálculo de la densidad del fluido contenido en el tubo U, a partir de fluidos genéricos contenidos en los depósitos, determinar tal ecuación, llamando: ρ 1 = densidad del fluido en el depósito abierto. ρ 2 = densidad del fluido en el depósito cerrado. ρ 3 = densidad del fluido grisado del tubo U. h 1, h 2, h 3, alturas de referencia indicadas. p o, presión atmosférica, p, presión absoluta dentro del depósito cerrado. [] 6

7 Tabla de Viscosidad dinámica para diversas sustancias 7

8 8

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