Hidráulica básica. 3er semestre. Manual de prácticas

Transcripción

1 Laboratorio de Hidráulica Ing. David Hernández Huéramo Manual de prácticas Hidráulica básica 3er semestre Autores: Guillermo Benjamín Pérez Morales Jesús Alberto Rodríguez Castro Jesús Martín Caballero Ulaje Jorge Leonel Angel Hurtado Juan Pablo Molina Aguilar Colaboradores: Alejandro Raúl Gutiérrez Obregón Elizabeth Pauline Carreño Alvarado Héctor Rivas Hernández Rukmini Espinosa Díaz

2 1. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Objetivos Comprender a través de experimentos, el significado físico del peso específico, la densidad, la densidad relativa, la viscosidad, la capilaridad y la tensión superficial. Aplicación Para el estudio de cualquier fluido, como el aire, el agua, el aceite, el petróleo, etc., es de suma importancia determinar sus propiedades, ya que a partir de ellas se puede definir su comportamiento ante fuerzas o acciones externas, como son la temperatura, la atracción de la gravedad, la aplicación de cargas o empujes, etc. En el caso especial del agua el peso específico, la densidad, la viscosidad, la capilaridad y la tensión superficial, son propiedades que debemos determinar de manera precisa, para cuantificar la cantidad de ella que pasa por un río, por un tubo o por un conducto, así como determinar si escurre lentamente y en orden o rápidamente y en forma turbulenta, como también saber si venciendo la acción de la gravedad, podrá subir por una pared o por pequeños espacios. Definiciones, fórmulas y unidades a utilizar Peso específico ().- Peso del fluido en una unidad de volumen. w 1.1 Vol Densidad (.- Masa de fluido contenida en una unidad de volumen. m, Vol 1.2 g Densidad relativa ().- Relación entre la densidad de un líquido y la del agua. 1.3 HO 2 1

3 Viscosidad ().- Es la propiedad de un fluido que determina su resistencia al esfuerzo cortante y a la deformación y por consiguiente su oposición a fluir. Entre mayor es la viscosidad de un líquido, mayor es la dificultad para que este fluya. 2 2 ( s ) r g l V La viscosidad expresada de la forma anterior se le conoce como Viscosidad dinámica, pero en algunos problemas de hidráulica es común utilizar otro tipo de viscosidad que relaciona a la viscosidad dinámica y la densidad, a la cual se le denomina Viscosidad cinemática (, cuya fórmula es: υ 1.5 Tensión superficial. Es la propiedad que tienen los líquidos de ofrecer cierta resistencia a ser penetrados en la superficie de contacto con otro fluido. Cohesión. Es la fuerza de atracción existente entre las partículas de los fluidos. Adherencia. Fuerza de atracción entre las partículas de un líquido y las de una superficie sólida. Capilaridad. Es la propiedad que tienen los líquidos de ascender por conductos de diámetro muy pequeño. En las fórmulas anteriores se tiene que: peso específico (kg/m 3 ) w = peso (kg) m = masa (kg seg 2 /m) Vol = volumen (m 3 ) densidad (kg seg 2 /m 4 ) = densidad del agua a condiciones normales (kg seg 2 /m 4 ) H 2 O l = densidad del líquido (kg seg 2 /m 4 ) = densidad del sólido = (kg seg 2 /m 4 ) S g = aceleración de la gravedad (9.81 m/s 2, a condiciones normales) viscosidad dinámica (kg seg/m 2 ) r = radio del balín (m) = viscosidad cinemática (m 2 /seg) V = velocidad (m/s) 2

4 Procedimiento (Primera Parte) 1. Pesar la probeta con la balanza de precisión para determinar su peso (tara). 2. Agregar un volumen de agua de aproximadamente 1/3 de la capacidad de la probeta. 3. Medir el volumen vertido con la graduación de la probeta. 4. Pesar la probeta con el líquido para determinar su peso bruto. 5. Determinar el peso neto del líquido, restando la tara del peso bruto. 6. Con el peso neto y el volumen determinar el peso específico. 7. Calcular la densidad. 8. Calcular la densidad relativa. 9. Agregar otro volumen de líquido (1/3 de la capacidad) y repetir los pasos 3 a Realizar el mismo procedimiento para los otros tres líquidos. 11. Consignar los valores y resultados en la Tabla 1.1 Actividades (Primera Parte) 1. Comparar los valores obtenidos del peso específico y densidad promedios con los publicados en los libros de texto. 2. Investigar y reportar valores del peso específico y densidad de 5 sustancias diferentes. 3. Enunciar las variables que tienen mayor influencia en el peso específico y densidad. 4. Explica a que se deben las diferencias de los valores obtenidos en prácticas y los reportados en la bibliografía. Procedimiento (Segunda Parte) 1. Se llena una probeta con un líquido. 2. Se suelta un balín en el líquido y se toma el tiempo en que recorre la distancia previamente marcada en la probeta. 3. Calcular la viscosidad cinemática. 4. Consignar los valores y resultados en la Tabla 1.2. Actividades (Segunda Parte) 1. Comparar los valores obtenidos de la viscosidad con los publicados en tablas. 2. Investigar y reportar valores de la viscosidad para otras sustancias. 3. Enunciar las variables que tienen mayor influencia en la viscosidad. 4. Cuál sería la viscosidad dinámica de un líquido en reposo? Y justifique su respuesta 5. Explica a que se deben las diferencias de los valores obtenidos en prácticas y los reportados en la bibliografía. 3

5 Procedimiento (Tercera Parte) Se llevan a cabo los siguientes experimentos para observar y comprender las propiedades de tensión superficial y capilaridad. 1. Se observa el fenómeno de capilaridad mediante la colocación de dos placas de vidrio en un recipiente con agua, separadas con un alambre muy delgado en uno de sus extremos, tal como se muestra en la figura siguiente: Se hace lo mismo pero ahora se colocan las placas en un depósito que contenga mercurio, observando la diferencia que se presenta, con respecto al agua. 2. En un recipiente con agua, como el que se muestra en la figura siguiente, se coloca una navaja de afeitar y una aguja. 3. Dos placas de vidrio humedecidas con agua, se pondrán en contacto una con otra. Posteriormente se tratará de separarlas y se anotarán las observaciones correspondientes. Se observará lo que ocurre, y se harán los dibujos de los experimentos realizados. Actividades (Tercera Parte) Por qué sube el agua en las placas con la forma que se observó? Hasta donde llegaría el nivel del agua si se tuviesen tubos de diferentes diámetros interconectados entre si? 4

6 TABLA 1.1 (1) Líquido (2) Tara (kg) (3) W bruto (kg) (4) Volumen (m 3 ) (5) W neto (kg) (6) W neto/ Volumen kg/m 3 ) (7) Peso específico Promedio kg/m 3 ) (8) Densidad del líquido l kg s 2 /m 4 ) (9) Densidad relativa GLICERINA ACEITE SAE 90 ACEITE SAE 60 AGUA Nombre del alumno: Matrícula:. Semestre: Sección: N de equipo: Laboratorista:. 5

7 TABLA 1.2 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) Líquido y Diámetro del balín Distancia Y (m) Tiempo t (s) Velocidad (m/s) Velocidad Promedio (m/s) Densidad del sólido s kg s 2 /m 4 ) Densidad del líquido l kg s 2 /m 4 ) Viscosidad Viscosidad Dinámica Cinemática del líquido del líquido kg-s/m 2 ) m 2 /s) GLICERINA ACEITE SAE 90 ACEITE SAE 60 AGUA Nombre del alumno: Matrícula:. Semestre: Sección: N de equipo: Laboratorista:. 6

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