FORMATO 10% Propiedades Físicas CALCULOS 20% DISCUSION DE RESULTADOS MATRICULA CONCLUSIONES 20% PROFESOR INSTRUCTOR TOTAL 100%

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1 ABORATORIO E TERMICA Y FUIOS Práctica 1 PRESENTACION 5% Mecánica de Fluidos EXÁMEN RÁPIO 10% FORMATO 10% Propiedades Físicas CACUOS 0% RESUTAOS 0% NOMBRE ISCUSION E RESUTAOS 15% MATRICUA CONCUSIONES 0% PROFESOR INSTRUCTOR TOTA 100% Introducción Para poder entender conceptos de la estática y dinámica de los fluidos es necesario conocer algunas propiedades de éstos. En especial, las propiedades físicas del fluido nos ayudan a estudiar su comportamiento como un continuo. En esta práctica se estudiarán las propiedades físicas de una sustancia como son: densidad, peso específico, gravedad específica y viscosidad. Objetivos Conocer y utilizar los aparatos empleados para medir densidad, peso específico, gravedad específica y viscosidad, y emplearlos para medir estas propiedades. Familiarizarse con diversas unidades utilizadas para medir estas propiedades. Teoría A. efiniciones de las propiedades físicas de los fluidos: 1.- ensidad absoluta (). Es la cantidad de masa contenida por unidad de volumen. En el Sistema Internacional (SI) la densidad se mide en kg/m 3, gr/cm 3 o slug/ft 3. M /.- ensidad relativa ( r ). Se define como la relación que existe entre la densidad absoluta de una sustancia y la de una sustancia de referencia. En el caso de los líquidos la sustancia de referencia es el agua a una temperatura de C y una presión atmosférica (cercano a las condiciones estándar); tratándose de los gases, generalmente se adopta el aire o el idrógeno a condiciones estándar. r = sustancia / sust. referencia ; r = densidad relativa, adimensional. 1 = densidad [=] M/ 3 M = masa [=] M = volumen [=] Peso específico (). Es el peso del fluido por unidad de volumen. as unidades en el SI son N/m 3, o sea kg m/(s m 3 ). Peso m g = peso específico [=] M/( T ); Peso [=] M/T g = volumen [=] 3 ; m = masa [=] M g = 9.81 m/s ; = densidad [=] M/ 3

2 ABORATORIO E TERMICA Y FUIOS.- Peso específico relativo ( r ). Se define como la relación que existe entre el peso específico de una sustancia y el de una sustancia de referencia. Para la selección de las sustancias de referencia se emplean las mismas que se mencionaron en la definición de densidad relativa. r = sustancia / sust. referencia ; r = peso específico adimensional El término gravedad específica (SG) se emplea para referenciar a la densidad relativa o al peso específico relativo. Nótese que tienen el mismo valor numérico, esto es: SG = sustancia / sust. referencia = sustancia / sust. referencia Un fluido es una sustancia que sufre deformación continua cuando se sujeta a un esfuerzo cortante. a resistencia a la deformación ofrecida por los fluidos recibe el nombre de viscosidad dinámica o absoluta, la cual se define mediante la ley de Newton (la viscosidad indica la facilidad con que un fluido fluye cuando actúan fuerzas externas sobre él). du dy = esfuerzo cortante [=] F/ = viscosidad dinámica del fluido [=] FT/ o M/T du/dy = gradiente de velocidad [=] T -1 u = velocidad [=] /T y = distancia [=] Figura 1. Fluido sometido a un movimiento cortante. a unidad de viscosidad dinámica en el SI es el N s/m. En el sistema inglés se utiliza lb f -s/ft. En el sistema CGS se utiliza el centipoise. Un poise equivale a 1 gr/(cm s), y 1 centipoise = 1cp = 0.01 poise. En mucos problemas que involucran viscosidad, se debe relacionar la magnitud de las fuerzas viscosas con la magnitud de las fuerzas de inercia, es decir, de las fuerzas que causan la aceleración del fluido. Ya que las fuerzas viscosas son proporcionales a la viscosidad y las fuerzas de inercia a la densidad, frecuentemente se involucra esta relación, que es también una propiedad de los fluidos llamada viscosidad cinemática, que se define por: = viscosidad cinemática [=] /T = viscosidad dinámica del fluido [=] FT/ o M/T = densidad [=] M/ 3 En el SI la viscosidad cinemática se expresa en m /s y en el sistema inglés en ft /s. En el sistema CGS es el stoke, que es igual a 1 cm /s.

3 ABORATORIO E TERMICA Y FUIOS B. Instrumentos para medir las propiedades físicas de los fluidos: 1. ensímetro. Instrumento que se utiliza para medir la densidad relativa de un fluido incompresible. Se conforma por un tubo de vidrio delgado, el cual está graduado de manera ascendente de a en la parte inferior; esta escala se emplea para líquidos menos densos que el agua y para líquidos pesados la escala va de a Su funcionamiento se basa en el principio de Arquímedes, el cual establece que cuando un sólido se sumerge en un líquido sufre una aparente pérdida de peso igual al peso del volumen del líquido desalojado. Al establecer un equilibrio entre el peso y la fuerza debida al peso del líquido desalojado, el cuerpo flota; por ello resulta que mientras menos denso sea el líquido en el que flota un cuerpo, más se sumergirá. Fuerzas Boyantes Figura. ensímetro Utilizando el principio de Arquímedes para el caso del densímetro se obtiene: F y = 0 = F B - F W F B = F W f g = m g f A t H = m f = m /( A t H) F B = fuerzas Boyantes [=] F F W = fuerzas de gravedad (peso del densímetro) [=] F f = densidad del fluido analizado [=] M/ 3 = volumen desplazado [=] 3 m = masa del densímetro [=] M A t = área transversal del bulbo [=] g = aceleración de la gravedad = 9.81 m/seg H = altura de la parte sumergida del bulbo [=] Así pues, al introducirse un mismo densímetro en líquidos diferentes, variará el volumen de la parte sumergida, y por lo tanto H. a densidad y la altura H son inversamente proporcionales, esto es que mientras una aumenta su valor la otra disminuye, precisamente es por esto que se puede poner una escala sobre el densímetro que indique directamente el valor de la densidad del líquido analizado. 3

4 ABORATORIO E TERMICA Y FUIOS. Medición de Peso Específico. Para conocer el valor del peso específico se requiere un recipiente de volumen y peso conocidos, llamado picnómetro. Este recipiente tiene una característica especial en su tapa, la cual tiene un orificio de alivio de manera que el fluido excedente salga, garantizando así que en todas las pruebas vamos a tener el mismo volumen. Figura 3. Picnómetro. 3. iscosímetro de Ostwald: El viscosímetro de Ostwald está clasificado entre los viscosímetros capilares y de orificio. Estos consisten en un tubo capilar de diámetro conocido, por el cual se ace fluir el líquido que se requiere analizar y por medio de la ecuación de Hagen Poiseuille se relaciona el gasto con la viscosidad. Este dispositivo consiste en dos bulbos conectados por un capilar. Figura. iscosímetro de Ostwald. Su modo de operar consiste en situar el instrumento en posición vertical, se coloca en el mismo un volumen fijo de líquido que se aspira acia arriba asta el bulbo superior A. Se permite entonces al líquido fluir de retorno y se mide el tiempo que transcurre ente el paso de nivel por las marcas M1 y M. El viscosímetro con el que se cuenta en el laboratorio ya está calibrado para determinar la viscosidad cinemática como una simple multiplicación de una constante por el tiempo que tarda en pasar de la marca M1 a M. = C t

5 ABORATORIO E TERMICA Y FUIOS 5 Pero esta constante no es un simple factor para que del resultado adecuado, sino que viene de acer un análisis de fuerzas en el tramo comprendido entre la marca M1 y la marca M, para ello se parte de la ecuación de Bernoulli: Reduciendo términos Como el régimen de flujo es completamente laminar, podemos determinar el factor de fricción que es igual a 6/Re. Equipo - Picnómetro - Termómetro 0-100C - Báscula - iscosímetro de Ostwald - aso de precipitado - Cronómetro - ensímetro - Probeta graduada - Sustancias problema Bibliografía [1] Manual del aboratorio de Térmica y Fluidos, ITESM, [] Marks, ionel S. et. al.; Manual del Ingeniero Mecánico; McGraw-Hill; 1996 [3] Mott, Robert. Mecánica de Fluidos Aplicada; ª edición; Prentice Hall; [] Perry, Jon Howard, et. al.; Manual del Ingeniero Químico; McGraw-Hill; 198 [5] Wite, Frank M. Fluid Mecanics; 3 rd Edition, Mc Graw Hill; 199 Re g g t g g g C 8 t C )f ( / P = viscosidad cinemática [=] /T C = constante del viscosímetro [=] /T t = tiempo [=] T = densidad [=] M/ 3

6 ABORATORIO E TERMICA Y FUIOS Mecánica de Fluidos Propiedades Físicas de los Fluidos Feca: Equipo: Grupo: Nombre: Matrícula: A) Procedimiento y atos Experimentales 1.- Registre las temperaturas, con el termómetro de mercurio, de todas las sustancias que le proporcione su instructor. Sustancia Temperatura [C].- Obtenga las densidades relativas, coloque la primera sustancia en la probeta y posteriormente introduzca el densímetro, espere asta que se equilibre y tome la lectura. Haga el mismo procedimiento con las demás sustancias. Sustancia Gravedad Específica 3.- etermine el peso específico de las sustancias con la siguiente metodología. a) Pesar el recipiente vacío. b) Registrar el volumen del recipiente. c) Pesar el recipiente lleno de la sustancia problema. d) Evaluar el peso de la sustancia obteniendo una diferencia de los valores e) ividir el valor del peso de la sustancia, generado en el inciso d, entre el volumen del recipiente y se obtiene el valor del peso específico (). I. Peso del picnómetro vacío y seco [g]: II. olumen del picnómetro vacío y seco [cm 3 ]: Sustancia Peso del picnómetro con la sustancia [g] 6

7 ABORATORIO E TERMICA Y FUIOS.- Para conocer la viscosidad siga el procedimiento que a continuación se muestra: a) ea en el instructivo del viscosímetro el valor de la constante C: b) lene el viscosímetro con la muestra asta la mitad del bulbo inferior (bulbo C). Es muy importante que siempre lo llene asta ese nivel para que los resultados sean confiables. c) Con la cantidad de líquido especificada en el inciso anterior, lleve el nivel del fluido asta que cubra el bulbo A. d) eje que el líquido se precipite y registre el tiempo que el nivel superior tarda en pasar entre las dos marcas (de M1 a M). Repita el mismo procedimiento con las demás sustancias. Sustancia Tiempo [s] B) Resultados 1. ensidad de las sustancias: Sustancia slug/ft 3 kg/m 3 g/cm 3 kg/m 3 (software). Peso específico: 3. iscosidad cinemática: Sustancia lb f /ft 3 kg f /m 3 N/m 3 Sustancia ft /s m /s stokes centistokes m /s (software). iscosidad dinámica: Sustancia lb f -s/ft N-s/m poise centipoise N-s/m (software) 7

8 ABORATORIO E TERMICA Y FUIOS Conclusiones: 1.- Calcula el porcentaje de error obtenido experimentalmente en el laboratorio comparando contra los datos obtenidos con el software del texto, para cada líquido. a) % Error en ensidad = (ens. Exp ens. Real)/ens. Real % % Gasolina % % b) % Error en iscosidad = (isc. Exp isc. Real)/isc. Real % % %.- Formula conclusiones en base al error obtenido en cada líquido. 8