ANÁLISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULA EN UN SISTEMA SÓLIDO

ANÁLISIS DE LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE PARTÍCULA EN UN SISTEMA SÓLIDO

OBJETIVO GENERAL:

Analizar las variables que afectan el movimiento de partículas sólidas en un fluido.

OBJETIVOS PARTICULARES:

Analizar el comportamiento de la ladrillita a diferentes condiciones (sea en húmedo o seco).

Determinar el tiempo y velocidad con la cual descienden las partículas de la ladrillita dentro del fluido.

Determinar la densidad de la ladrillita experimentalmente.

HIPÓTESIS:

El movimiento de las partículas a través del fluido requerirá de una fuerza externa que actué sobre ella, que proviene de la diferencia de densidades, fuerza gravitatoria y de flotación.

De acuerdo a la diferencia entre las densidades y la resistencia que el fluido opondrá a ser atravesado por las partículas influirá en la velocidad y tiempo en el que se realiza la distribución de partículas.

INTRODUCCIÓN

Un cuerpo en movimiento inmerso en un fluido experimenta fuerzas ocasionadas por la acción del fluido. El efecto total de estas fuerzas es muy complejo. Sin embargo, para propósitos de diseño o estudio del comportamiento de un cuerpo en un fluido, son dos las fuerzas resultantes de mayor importancia: el arrastre y la sustentación. Las fuerzas de arrastre y sustentación son iguales, sin que importe si es el cuerpo el que se mueva en el fluido o el fluido el que se mueve alrededor del cuerpo.

Arrastre, es la fuerza sobre un cuerpo ocasionada por el fluido que opone resistencia en la dirección del movimiento del cuerpo. Las aplicaciones más familiares que requieren estudio del arrastre se dan en el campo del transporte. La resistencia al viento es el término que se emplea con frecuencia para describir los efectos del arrastre sobre las aeronaves, automóviles, camiones y trenes. La fuerza de arrastre debe contrarrestarse por medio de una fuerza de propulsión en la dirección opuesta, con el fin de mantener o incrementar la velocidad del vehículo. Como la generación de una fuerza de propulsión requiere que se agregue energía, es deseable minimizar el arrastre.

Sustentación, es una fuerza ocasionada por el fluido en dirección perpendicular a la dirección del movimiento del cuerpo. Su aplicación más importante está en el diseño y análisis de las alas de aeronaves llamadas aeroplanos.

La disciplina que estudia el rendimiento de los cuerpos en corrientes de aire en movimiento es la aerodinámica. Además del aire, otros gases podrían considerarse en este campo, pero la mayor parte del trabajo se ha realizado con el aire como un fluido.

La hidrodinámica es el nombre que se da al estudio de los cuerpos que se mueven sumergidos en líquidos, en particular en agua. Muchos conceptos que conciernen a la sustentación y el arrastre son similares, sin que importe que el fluido sea un líquido o un gas. Sin embargo, a velocidades altas esto no es cierto, pues en este caso deben tenerse en cuenta los efectos de la compresibilidad del fluido. En el estudio del arrastre y la sustentación, los líquidos son considerados incomprensibles.

Como por ejemplo un cuerpo solido se mueve bajo la acción de las siguientes fuerzas: el peso, el empuje y una fuerza de rozamiento que es proporcional a la velocidad del cuerpo.

El peso es el producto de la masa por la aceleración de la gravedad “g”.

La masa es el producto de la densidad del material por el volumen del cuerpo de radio R.

La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad y su expresión se denomina ley de Stokes.

La velocidad límite se alcanza cuando la aclaración sea cero.

METODOLOGÍA

Tamizado

Acomodar en orden ascendente las mallas en el tamizador.

Ajustar el golpeador a la base de las mallas colocando entre ellos un corcho que amortigüe los golpes.

Colocar la ladrillita hasta ¾ de la capacidad de la malla.

Programar el tamizador para 15 minutos de operación.

Pasado el tiempo retirar las mallas.

Retirar la ladrillita de cada malla y depositarla en contenedores etiquetados.

Pesado

Pesar 20 muestras de 5 gramos de ladrillita de c/u de las mallas (80, 140 y 200).

Preparar 20 papeles filtro de acuerdo al tamaño del embudo büchner a utilizar.

Numerar y pesar c/u de los papeles filtro.

Procedimiento A (fluido: Agua)

Método de partícula húmeda

Llenar la columna con agua hasta un nivel preestablecido.

Numerar los tubos de ensaye a utilizar para la recolección de muestras.

Preparar una suspensión de partículas agregando 5 gramos de ladrillita en un tubo de ensaye y llenándolo con agua.

Agregar la suspensión a la columna y a su vez tomar el tiempo que tarda en caer a través de esta.

Tomar muestras de acuerdo a los intervalos de tiempo establecidos (20 seg, 1, 2:20 y 5 min).

Filtrar las muestras con ayuda de un sistema de vacío.

Meter las muestras ya filtradas en una mufla previamente calentada 20 min a 150 °C

Retirar las muestras en un intervalo aproximado de 10 segundos para su secado.

Pesar las muestras secas.

Obtener y analizar los resultados.

Repetir el procedimiento anterior para cada tamaño de partícula (malla 80, 140 y 200).

Procedimiento A (fluido: aceite)

Método de partícula húmeda

Llenar la columna con aceite hasta un nivel preestablecido.

Numerar los tubos de ensaye a utilizar para la recolección de muestras.

Preparar una suspensión de partículas agregando 5 gramos de ladrillita en un tubo de ensaye y llenándolo con aceite.

Agregar la suspensión a la columna y a su vez tomar el tiempo que tarda en caer a través de esta.

Tomar muestras de acuerdo a los intervalos de tiempo establecidos (20 seg, 1, 2:20 y 5 min).

Filtrar las muestras con ayuda de un sistema de vacío.

Meter las muestras ya filtradas en una mufla previamente calentada 20 min a 150 °C

Retirar las muestras en un intervalo aproximado de 10 segundos para su secado.

Pesar las muestras secas.

Obtener y analizar los resultados.

Repetir el procedimiento anterior para cada tamaño de partícula (malla 80, 140 y 200).

Procedimiento B (fluido: agua)

Método de partícula en seco

Llenar la columna con agua hasta el nivel preestablecido.

Numerar los tubos de ensaye a utilizar para la recolección de muestras.

Agregar 5 gramos de ladrillita a la columna y a su vez tomar el tiempo que tarda en caer a través de esta.

Tomar muestras de acuerdo a los intervalos de tiempo establecidos (20 seg, 1, 2:20 y 5 min).

Filtrar las muestras con ayuda de un sistema de vacío.

Meter las muestras ya filtradas en una mufla previamente calentada 20 min a 150 °C

Retirar las muestras en un intervalo aproximado de 10 segundos para su secado.

Pesar las muestras secas.

Obtener y analizar los resultados.

Repetir el procedimiento anterior para cada tamaño de partícula (malla 80, 140 y 200).

Procedimiento B (fluido: aceite)

Método de partícula en seco

Llenar la columna con aceite hasta el nivel preestablecido.

Numerar los tubos de ensaye a utilizar para la recolección de muestras.

Agregar 5 gramos de ladrillita a la columna y a su vez tomar el tiempo que tarda en caer a través de esta.

Tomar muestras de acuerdo a los intervalos de tiempo establecidos (20 seg, 1, 2:20 y 5 min).

Filtrar las muestras con ayuda de un sistema de vacío.

Meter las muestras ya filtradas en una mufla previamente calentada 20 min a 150 °C

Retirar las muestras en un intervalo aproximado de 10 segundos para su secado.

Pesar las muestras secas.

Obtener y analizar los resultados.

Repetir el procedimiento anterior para cada tamaño de partícula (malla 80, 140 y 200).

LISTA DE MATERIAL, REACTIVOS Y EQUIPO:

METAL

- 2 Pinzas Mohr con tornillo

- 1 Gradilla

EQUIPO:

- 1 Bomba de vacío

- 1 Densímetro

- Mallas 60, 80, 100, 140, 170, 200

- Juego de llaves con charola.

- Tamizador

VIDRIO

- 1 Probeta de 1 L

- 2 Probetas de 100 ml

- 3 Vidrios de reloj

- 1 Matraz Kitasato

- 1 Embudo Büchner

- 1 Embudo tallo largo

- 1 vaso de precipitado 250 ml

- 20 tubos de ensaye

REACTIVOS

- Agua

- Aceite de girasol (123)

- Ladrillita

MARCO TEÓRICO

LEY DE STOKES:

Cuando un cuerpo se mueve en el seno de un fluido viscoso la resistencia que presenta el medio depende de la velocidad relativa y de la forma del cuerpo.

El régimen de flujo es laminar (en este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven a lo largo de una trayectoria suave en forma de láminas o capas, con una capa resbalando suavemente sobre la capa adyacente, el laminar está gobernado por la ley de la viscosidad de Newton, lo cual relaciona el esfuerzo cortante con la rapidez de deformación angular. En flujo laminarla viscosidad amortigua la tendencia de turbulencia. El flujo laminar no es aceptable en situaciones que involucren combinaciones de baja viscosidad y alta velocidad).

Cuando la velocidad relativa es inferior a cierto valor crítico, la resistencia que ofrece el medio es debida casi exclusivamente a las fuerzas de rozamiento que se oponen al resbalamiento de unas capas del fluido sobre otras, a partir

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