Estática De Fluidos

Mecánica de Fluidos

“Estática de Fluidos”

1. Resumen (explicación breve de la experiencia realizada)

El presente laboratorio “Estática de Fluidos”, tiene por objetivo comprender el comportamiento de distintos fluidos manométricos en su utilización para medir diferencias de presión estática.

Para ello, en primer lugar se instalan una serie de manómetros cuidadosamente numerados donde se realizarán distintas mediciones. En los manómetros que no están conectados a las válvulas, es decir M4, M5 y M6, se realizan las mediciones de diferencias de alturas entre las columnas de los distintos fluidos (en caso que corresponda). Esto con el fin de determinar por medio de las relaciones conocidas de presión las densidades de dichos fluidos, y con ello, identificar a qué líquido corresponde.

Después se trabaja con los manómetros M1, M2 y M3, donde también se miden las diferencias de alturas dentro del instrumento, pero esta vez, se trabajará con un solo fluido en cada manómetro y las diferencias de alturas las generarán las distintas presiones aplicadas y conocidas desde las válvulas V1, V2 y V3, respectivamente, que se encuentran al costado derecho del sistema. Primero se aplicará una presión de 0.5 [psi] y luego de 1[psi], realizándose en ambos casos y para los 3 manómetros las mediciones correspondientes. Cabe destacar que el manómetro número 3 se encuentra inclinado en un ángulo de 45° por lo que su medición requiere algo más de cuidado para minimizar los posibles errores.

Luego de realizar cuidadosamente cada una de estas mediciones, se debería poder determinar con la mayor exactitud posible las densidades correspondientes de los líquidos y con ello la posterior identificación de los fluidos. Y también, se debe ser capaz de explicar el porqué de las diferencias que llegasen a existir con los valores teóricos.

2. Introducción y teoría

La estática de fluidos estudia el equilibrio de fluidos: gases y líquidos. Se entiende por fluido a un estado de la materia en que la forma de los cuerpos no es constante y se adapta al recipiente que los contiene.

Para entender mejor el funcionamiento de los equilibrios de estos fluidos se hace imprescindible conocer y entender conceptos como: presión (manométrica, absoluta), densidad, altura estática, y también, algo no menos importante, que es manejar las relaciones de conversión entre los distintos sistemas de unidades comúnmente usados en cálculos relacionados con la estática de fluidos. Esto, porque en todo tipo de relaciones y balances, cuyos más importantes son los de materia y energía en los cálculos de ingeniería de procesos, las unidades deben ser ciento por ciento consistentes. Se debe conocer perfectamente, por ejemplo, la equivalencia entre pascales y psi del Sistema Internacional y sistema inglés, respectivamente, así también las equivalencias de metros en pies, libras en kilogramos, etc.

La presión es una magnitud física escalar que mide la fuerza aplicada en dirección perpendicular por unidad de superficie. Se definen diferentes tipos de presión. Una de ellas es la Presión manométrica:

Pmanométrica= Psistema – Patmosférica

La presión absoluta, es la presión medida con respecto al vacío absoluto y este valor es siempre positivo.

La altura estática es la presión que ejerce una columna de fluido.

La Densidad, se define tanto en física como en química como la cantidad de masa contenida en un determinado volumen.

Y finalmente, también es necesario definir qué es uno de los instrumentos que más se utiliza en la presente experiencia, el manómetro. Un Manómetro es un aparato que sirve para medir la presión de fluidos contenidos en recipientes cerrados. En el laboratorio usamos un manómetro común para M4, M5 y M6 con ambas ramas expuestas a la atmósfera. Luego, con los otros manómetros, M1 y M2 principalmente se utiliza un manómetro de bourdon que está sellado en un extremo y abierto desde donde se conecta la válvula y se aplican las presionas de 0.5 y 1 [psi] señaladas anteriormente.

3. Objetivos

El objetivo central de la presente experiencia es “Comprender el comportamiento de distintos fluidos manométricos en su utilización para medir diferencias de presión estática”.

Con estas diferencias de presión, se determinará una propiedad fundamental de estos fluidos: la densidad. Este valor de densidad experimental, será posteriormente comparado con una densidad teórica con el objetivo de conocer cuál es el fluido manométrico contenido en los respectivos manómetros.

Como objetivo final, se busca entender a cabalidad las distintas relaciones que se dan cuando se plantea un equilibrio estático; las relaciones de proporcionalidad entre la densidad, la aceleración de gravedad y las diferencias de altura.

4. Datos Experimentales

Lectura Manómetro M-4 Lectura Manómetro M-5 Lectura Manómetro M-6

∆h [cm] ∆h [cm] ∆h [cm]

Parafina: 20,8 [cm] Glicerina: 16,3 [cm]

∆h = 4,5[cm] Glicerina: 24,9 [cm] Agua: 24.1 [cm]

∆h = 0,8[cm] Dado que es el mismo fluido: ∆h = 0,0 [cm]

PI-1 Lectura Manómetro M-1 Lectura Manómetro M-2 Lectura Manómetro M-3

[psig] ∆h [cm] ∆h [cm] L [cm]

0,5 20,5 26,6 31,4

1,0 42,3 52,3 59,3

5. Materiales y Métodos:

En este laboratorio se utilizaron los siguientes materiales:

- regla y huincha de medir

- 7manómetros

- 3 válvulas

- Manómetros de bordón

Se midió con una regla las alturas de las columnas líquidas en ambas ramas de los manómetros, tanto para M4, M5 Y M6. Y se observaron los fluidos manométricos presentes.

Para los manómetros M-1 y M-2 :

• Se abrió la válvula de ingreso de aire RP.

• Se ajusto el manómetro de bourdon PI-1 a 0,5[psig]. Y se observaron los rangos de presiones.

• Se abrió válvula V-2 a 1 [psi] y se midió la diferencia de altura del fluido manométrico en M-1, luego se cerró la válvula V-2.

Para el manómetro M-3

• Se abrió la válvula V-3, y se tomó la precaución de que la válvula superior del estanque se encontrara cerrada. Luego se midieron las longitudes alcanzadas por el fluido. Se cierra la válvula V-3 y se abrió la válvula superior del estanque.

• Se repitió el experimento pero ahora con la presión ajustada en la línea a 1,0 [psig].

• Finalmente se cierra la válvula RP.

6. Resultados

Parte 1:

1. Explique con sus palabras la diferencia entre presión manométrica y presión absoluta. ¿Es posible encontrar presiones negativas?

Cuando se habla de presión manométrica nos referimos a aquella presión que no considera la presión atmosférica y sólo las presiones absolutas del sistema, explicado de otra forma: Presión manométrica = Presión Absoluta – Presión atmosférica. De la misma forma se puede definir la presión absoluta como la suma de la presión manométrica y la atmosférica. No es posible encontrar presiones negativas, ya que, la presión absoluta es la suma entre presión manométrica y atmosférica, siendo ambas mayores que cero. Por lo tanto, dado que Presión absoluta es siempre mayor que Presión atmosférica (o igual), esta diferencia siempre será positiva.

2. Defina el término capilaridad y establezca las situaciones en que este influye en los resultados.

La capilaridad es la capacidad de los líquidos de subir o bajar por la superficie de las paredes del recipiente que los contiene dándole una forma cóncava o convexa debido a sus propiedades de tensión superficial. Esto puede alterar las mediciones que tomamos ya que debíamos medir la altura de los líquidos, estos al poseer esta capacidad de subir por las paredes del tubo que los contenía induce a medir hasta la parte más alta donde hay liquido, pero se debe medir solo hasta la parte más baja de la concavidad en la superficie del fluido.

3. Defina gc de su valor y sus unidades correspondientes.

Esta constante fue creada como factor de cambio en el sistema de medidas ingles para la aceleración de gravedad. En el sistema ingles tenemos que la aceleración de gravedad está dada como la aceleración al llegar al suelo que posee una masa de 1 [lbm] en caída libre y es de 32 [ft/s2]. Cuando queremos hablar de presiones en columnas de líquidos tenemos que la presión (P) es el resultado de la aceleración de gravedad por la altura de la columna de liquido por su densidad, pero si realizamos esto en el sistema de medidas ingles la unidades no son del todo consistentes, es aquí donde entra en juego el gc, el cual se define como 32 [ft lbm/lbf s2].

4. Ejercicio: Pequeñas diferencias de presión en un gas suelen medirse con un micromanómetro (como el que se muestra en la figura). Este dispositivo consta de dos grandes depósitos, cada uno de los cuales tiene un área de sección transversal Ar, que están llenos de un líquido de peso específico γ1 y conectados por un tubo en U de área de sección transversal At, que contiene un líquido de peso específico γ2. Cuando al gas se le aplica una diferencia de presión P1 – P2, se obtiene una lectura diferencial h. Se desea

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