Informe mecanica de fluidos, propiedades físicas de los fluidos

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Escuela Superior Politécnica del Litoral

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción Guía de

Práctica de Mecánica de Fluidos I

PRÁCTICA # 1

“PROPIEDADES FÍSICAS DE FLUIDOS: A) DENSIDAD Y GRAVEDAD ESPECÍFICA, B) VISCOSIDAD Y C) CAPILARIDAD.

”

OBJETIVOS:

         Determinar las densidades y gravedades específicas de diferentes fluidos.

         Determinar la viscosidad de varios líquidos a presión y temperatura atmosféricas.

        Observar el efecto del tamaño del espacio entre dos placas planas en la elevación por capilaridad.

RESUMEN:

Both density and viscosity in different fluids will be determined using various instruments and making corrections in their measurements according to the tables provided. The results obtained will be analyzed, comparing them with the real data, given by the appropriate regulatory institutions, and the phenomenon of capillarity will be observed, which is possible due to the surface tension of the fluids. In this way we can observe and understand situations that occur in objects such as motors and walls.

Se determinara tanto la densidad y la viscosidad en diferentes fluidos utilizando varios instrumentos y realizando correcciones en sus medidas de acuerdo a las tablas proporcionadas. Se analizaran los resultados obtenidos, comparándolos con los datos reales, dados por las instituciones reguladoras apropiadas y se observara el fenómeno de capilaridad, el cual es posible por la tensión superficial que tienen los fluidos. De esta manera podemos observar y comprender situaciones que se dan en objetos tales como motores y paredes.

INTRODUCCIÓN:

En esta práctica se va a determinar las densidades y gravedades específicas de diferentes fluidos, así como su viscosidad y la capilaridad que se da entre 2 placas. Para ello hay que comprender ciertos conceptos que se explicaran a continuación.

Para la parte A, hay que tener en cuenta el significado de densidad, pues es importante para determinar la gravedad específica de una sustancia.

La densidad se define como la cantidad de materia o masa que hay en un volumen determinado de una sustancia. Durante esta práctica se la utilizara en kg/m3. La densidad más conocida y más utilizada es la del agua, pues mediante ella se determina la gravedad especifica de una sustancia, dado que esta relaciona la densidad de una sustancia con la del agua, por lo que será un valor adimensional.

Se puede llegar a conocer la gravedad específica de una sustancia sin tener necesidad de saber su densidad. Esto se puede realizar gracias a un hidrómetro, el cual es un instrumento sumergible en la sustancia. Una vez este flote completamente vertical en la sustancia, se obtendrá la gravedad específica. Sin embargo, cada hidrómetro esta calibrado por temperatura de acuerdo a sus especificaciones y uso, por lo que, si la sustancia se encuentra a una temperatura diferente, se tendrá errores en la lectura- Esto se puede corregir al utilizar la tabla de temperaturas que viene con cada hidrómetro, detectando la temperatura de la sustancia y agregándole el valor dado a la lectura. Esto resulta muy útil dado que se puede determinar la densidad de la sustancia, conociendo su gravedad específica.

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Otra de las propiedades que también es de gran importancia es la viscosidad de un fluido, pues muestra la resistencia que tiene este a ser deformado o fluir. Tiene una gran relación con las fuerzas intermoleculares de atracción, ya que mientras más fuerte sean estas, mayor será la viscosidad. Los aceites SAE 40 y EP 90, que se utilizarán en este laboratorio, son un claro ejemplo de viscosidad en un fluido, pues tiene una gran resistencia a derramarse, a diferencia de fluidos tales como el agua que fácilmente fluyen y se derraman.

Para determinar la viscosidad de un fluido se utilizan diferentes métodos dependiendo de la categoría en la que este clasifique. También hay varios instrumentos que proporcionan la viscosidad en condiciones precisas. En este caso, se realizará un método experimental en que se usarán viscosímetros de esferas descendentes, cronometro digital, hidrómetro universal y un termómetro digital.

Para realizar el procedimiento, se debe dejar caer las esferas de diferentes tamaños, pero con gravedad especifica igual a 7.8, dentro de los viscosímetros y determinar el tiempo que tarde en recorrer los 0.175m de altura que tiene el instrumento. Se realiza un análisis de las fuerzas que actúan sobre la esfera, las cuales son:

• La fuerza gravitacional = masa * gravedad
• La fuerza de empuje = densidad del fluido * gravedad *(4/3) * pi * radio de la esfera ^3
• La fuerza de fricción viscosa = 6*pi*coeficiente de viscosidad*radio de la esfera*velocidad promedio de la esfera

Al momento de realizar los cálculos se mostrarán las unidades de cada una de las fuerzas.

La ley de Stokes, brinda la fórmula que se usará en el cálculo de la fuerza de fricción viscosa, puesto que la describe utilizado una esfera y la velocidad a la que esta se mueve dentro del fluido.

Conociendo la primera Ley de Newton respecto a la caída de objetos que parten de una velocidad igual a cero, la sumatoria de fuerzas que se aplican a la esfera será igual a cero. Dado que no se conoce la masa de la esfera, pero si su gravedad específica, se halla la densidad de la misma y se deja expresada la fuerza gravitacional en términos de la densidad y volumen de la esfera.

Con los datos que se obtienen, se puede determinar tanto la velocidad de la esfera dentro del fluido, como su coeficiente de viscosidad y la viscosidad cinemática la cual es muy útil para conocer la resistencia interna que tiene un fluido a fluir bajo fuerzas gravitacionales. Sin embargo, este dato será válido siempre y cuando se informe la temperatura bajo la cual se realizó la prueba.

Finalmente se realizó un experimento para observar la capilaridad de un fluido, la cual está ligada a la tensión superficial, una propiedad importante en un fluido, pues habla de las fuerzas de cohesión. Para ello se utiliza 2 portaobjetos de vidrío, mediante los que se observa como el líquido sube atreves de las placas creando una curva y se analiza el fenómeno de histéresis.

METODOLOGÍA:

EQUIPOS:

Parte A (Figura 1):

 Hidrómetro Universal.

 4 frascos para hidrómetros.

 Termómetro Digital.

Parte B (Figura 2):

 Viscosímetros de Esferas Descendentes (bolitas metálicas).

 Cronómetro.

 Hidrómetro Universal.

 Termómetro Digital.

Parte C (Figura 3):

 Aparato de Capilaridad de Placas Paralelas.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Parte A:

1)  Llene uno de los frascos para hidrómetro con suficiente agua como para que el hidrómetro flote, introduzca la punta termopar del termómetro digital, espere a que se estabilice la medición y realice la lectura de la escala del hidrómetro que coincide con el nivel del líquido.

2)  Llene los otros dos frascos para hidrómetros con los líquidos a ser estudiados lo suficiente como para que hidrómetro flote y anote la lectura de la escala para cada líquido.

3)  NOTA: Recuerde corregir las lecturas tomando en cuenta la temperatura ambiente durante el experimento y la temperatura de calibración del hidrómetro utilizado (15.56ºC).

Parte B:

1)  Llene los tubos con los líquidos bajo estudio (aceites SAE 40, y EP 90) hasta un nivel justo por debajo de la salida del tubo capilar.

2)  Use tres esferas de diferentes diámetros para cada líquido; mida sus diámetros. Se proveen los tamaños nominales de las esferas suministradas: 1.59mm, 2,38mm, y 3.175mm.

3)  Deje caer libremente cada tipo de esfera al menos tres veces en cada tubo, tomando el tiempo de caída con un cronómetro, use las marcas iniciales y finales de 175 y 0 respectivamente para mejor visualización (0.175 m de distancia de caída).

4)  Usando el hidrómetro universal, obtenga la gravedad específica de cada líquido (si no se hizo en la sección anterior).

5) Nota: Chequee en tablas de estándares la exactitud de los resultados obtenidos. Se recomienda usar solamente las esferas de 1.59mm y 2.38mm en los aceites SAE 30 y 60, pues la caída de la esfera de 3.175mm sería demasiado rápida como para que su tiempo pueda ser registrado. En el aceite SAE 90 pueden usarse las tres esferas si se desea.

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