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MECÁNICA DE FLUIDOS

MORGAN JULIAN LUNA

FABIAN ANDRES MACHADO

LUCY A. GARCIA FRANCO

UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA

INGENIERIA CIVIL

MEDELLIN

2015

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Pág.

1. INTRODUCCIÓN

2. OBJETIVOS GENERALES Y ESPECÍFICOS

3. MARCO TEÓRICO……………………………………………………..5

4. INFORME………………………………………………………………

5. CONCLUSIONES……………………………………………………………

6. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………….

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INTRODUCCIÓN

Con este informe de laboratorio, se pretende dar a conocer, como se realiza el

ensayo para determinar la densidad de los fluidos desconocidos a partir de la

densidad del agua destilada la cual es conocida, y determinar también los

errores que se cometen frecuentemente en el laboratorio, al hacer estos

ensayos, que son tan importantes en la ing civil para el diseño de sistemas

con estos fluidos . La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen,

a esta también se relaciona la temperatura, pues a medida que se cambie la

temperatura a determinado fluido, también cambia su densidad. Por otro lado

está la viscosidad que es la propiedad más importante de los fluidos, y por

tanto requiere la mayor consideración en el estudio del flujo de fluidos, esta es

la resistencia que ejercen los fluidos al ser deformados cuando este se aplica

un mínimo de esfuerzo cortante; al igual que la densidad, la viscosidad de un

fluido depende de su temperatura, es por eso que en los líquidos a mayor

temperatura la viscosidad disminuye mientras que en los gases sucede todo lo

contrario.

A través de este laboratorio se aspira que el estudiante se familiarice con

algunas técnicas experimentales de la mecánica de fluidos y de la ingeniería,

como también que el estudiante experimente algunas de las predicciones de

los modelos, leyes y teorías estudiadas en clase.

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OBJETIVOS

Objetivo General:

Determinar experimentalmente la densidad y la viscosidad de algunos

líquidos por medio de los métodos estudiados en clase.

Objetivos Específicos:

Calcular la densidad de los fluidos diferentes, a partir del fluido conocido, el

cual es el agua destilada.

Conocer algunos métodos y equipos para hacer mediciones de algunas

propiedades (densidad y viscosidad) de los líquidos.

Determinar la viscosidad de los líquidos puros y expresarla como viscosidad

absoluta, relativa y cinemática.

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MARCO TEÓRICO DENSIDAD

Para el cálculo de la densidad, de los fluidos tomaremos un volumen

determinado del mismo, determinamos su masa y aplicamos simplemente la

definición y formula de densidad.

ρ=MV

(1)

El volumen a la temperatura de trabajo se puede calcular con gran exactitud

llenando un frasco aforado con un líquido de densidad conocida a esa

temperatura (en general agua destilada) y determinado por diferencias de

pesas, la masa del líquido que lo llena hasta el enrase, con lo que el volumen

queda determinado por la formula:

Vpicnó metro= m2−m1ρconocida

(2)

Donde:

m2: Masa del picnómetro con el aforo del líquido conocido.

M1: Masa del picnómetro vacío

La diferencia m3-m1 nos determina la masa del líquido de densidad conocida

contenida en el volumen calculado anteriormente, luego aplicando la definición

de densidad, según la fórmula (1) podemos escribir:

ρl í q=MV

= m3−m1

( m2−m1ρconocida )

=m 3−m1m2−m1

ρconocida (4 )

Por supuesto la temperatura del picnómetro, del líquido de densidad conocida y

del líquido a determinar su densidad debe ser la misma durante toda la

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manipulación. Luego si se ha secado el frasco con aire caliente o estufa, debe

esperarse que éste adquiera la temperatura ambiente.

Para minimizar los errores relativos en el cálculo de la densidad del líquido, el

volumen del frasco debe ser lo mayor posible compatible con la cantidad del

líquido que se disponga y la apreciación de la balanza a utilizar en la medida de

la masa.

EQUIPO

Picnómetros de volúmenes diferentes (figura 1).

Balanza electrónica

Probeta 250 ml

Pipeta 10 ml

Paño absorbente

REACTIVOS

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Agua destilada

Líquidos no viscosos y claros (p.e. Solución de etanol agua).

PROCEDIMIENTO:

Se calcula mediante pesada en la balanza que indique el profesor la masa del

picnómetro de frasco vacío, seco y limpio (m1).

Se seca el frasco con agua destilada u con un movimiento rápido se tapa.

El estudiante debe cerciorarse de que no existan burbujas de aire en el interior

del frasco. En caso contrario debe repetir la operación anterior hasta obtener la

condición deseada.

Se seca con un papel o tela absorbente el exterior del frasco y se realiza la

medición de la masa correspondiente al frasco lleno de agua (m2). En la

balanza.

Se repite ahora las operaciones anteriores con el mismo picnómetro seco y

limpio que ha sido llenado con las mismas precauciones anteriores con el

líquido cuya densidad deseamos determinar (m3).

Calcule mediante la fórmula (4) la densidad del cuerpo. La densidad del agua

se toma de la tabla a la temperatura de trabajo con las cifras decimales

necesarias para considerarla como una constante-que su error relativo sea

mucho menor que cualquiera de los errores relativos de las mediciones

realizadas – a la hora de hacer el cálculo de los errores correspondientes.

INFORME DENSIDAD

Se realizó el laboratorio conforme, como nos indica el procedimiento anterior ,

pero hay que tener en cuenta que el picnómetro no se encontraba plenamente

seco y la gramera es muy sensible a movimientos cerca de ella por lo que se

pudo tener algunos errores en los datos obtenidos.

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DENSIDAD EXPERIMENTAL

MARCO TEORICO VISCOSIDAD

La viscosidad puede definirse como la resistencia de un líquido o un gas a fluir,

resultante de los efectos combinados de cohesión y adherencia. El coeficiente

de viscosidad es el parámetro que caracteriza la viscosidad, y se puede medir

utilizando instrumentos llamados viscosímetros.

Los líquidos Newtonianos fluyen como si ellos estuvieran separados en capas,

deslizándose una sobre otra. La resistencia ofrecida a este tipo de flujo se debe

a la fricción entre las capas del líquido que viajan a diferentes velocidades y es

llamada VISCOSIDAD. El reciproco de la viscosidad es la FLUIDEZ.

Las unidades de la viscosidad son: Newton.segundo/metro2= Pa.seg

Dina.segundo/cm2= dina.seg.cm-2

Nota: 1dina.seg.cm-2= 1.gr.seg-1 . cm-1 = 1poise (1 P)

1poise = 100 centipoises (cp)

Determinación de la viscosidad

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La mayoría de los métodos empleados en la determinación de la viscosidad se

basan en las ecuaciones de Poiseuille y Stokes.

Ecuación de Poiseuille:

μ=h .g . ρ .r 4 .t /8Vl (3)

μ: Coeficiente de viscosidad absoluta expresado en poises.

V : Volumen del líquido que fluye a través del capilar en cm3.

l: Longitud de capilaridad en cm.

t : Tiempo del flujo en segundos.

h: Altura entre los niveles del líquido en el viscosímetro.

ρ: Densidad del líquido en gr/cm3.

La viscosidad relativa de un líquido 1 con respecto a un líquido de referencia 2,

se expresa de la siguiente forma:

μ1/ μ2=ρ1 t 1/ρ2t 2(4)

La ecuación (4) se cumple cuando los volúmenes del líquido, que fluyen son

iguales bajo la misma presión de conducción. La utilización de la ecuación (4)

permite el cálculo de viscosidades relativas, y de esta manera conociendo la

viscosidad de un líquido patrón, se puede obtener la viscosidad de un líquido

problema.

La viscosidad cinemática (v), se puede obtener a partir de la viscosidad

absoluta μ de acuerdo con la siguiente relación:

v=μ/ ρ(5)

Las unidades de la viscosidad cinemática son: Stokes (cm2/seg.)

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Equipo

Viscosímetro Ostwald (figura 1)

Cronómetro

Picnómetro

Soporte universal

Nueces y pinzas

Perillas de succión

VISCOSÍMETRO DE OSTWALD

Reactivos

Liquido problema: Etanol, 2-Butanol ó Propanol

Agua destilada

Procedimiento:

Pulgar de viscosímetro de Ostwald con el liquido cuya viscosidad se va a

medir. El viscosímetro debe estar limpio y seco.

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Llenar el viscosímetro con el líquido de tal manera que el nivel del liquido en el

bulbo de la rama derecha, quede lleno hasta la mitad y en el bulbo de la

izquierda quede por encima de la marca superior (a), se pone a funcionar el

cronometro y al pasar por la marca (b) se detiene. Para cada líquido se hacen

tres lecturas como mínimo.

Medir el tiempo que demora el líquido en pasar entre las dos marcas (a) y (b).

una vez que el líquido este por encima de la marca (a), quitar la perilla, el

líquido comienza a descender, cuando pase por la marca (a), se pone a

funcionar el cronómetro y al pasar por la marca (b) se detiene. Para cada

líquido se hacen tres lecturas como mínimo.

Al terminar los cronometrajes para cada uno de los líquidos, se procede a

medir la densidad empleando el picnómetro: pesar el picnómetro vacio. Luego

pesarlo con cada uno de los líquidos empleados. Finalmente se pesa lleno con

agua destilada. Consultar la densidad a temperatura de la experiencia, para

determinar el volumen del picnómetro.

Para la determinación del volumen del picnómetro y la densidad de cada

líquido se debe tener en cuenta:

V (picnómetro)= masa/densidad del agua a T.

Densidad del líquido =masa líquido/volumen del picnómetro.

Cálculos y resultados:

Determinar la densidad de cada uno de los líquidos empleados en la

experiencia.

Datos conocidos

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CONCLUSIONES

Se hallo la viscosidad dinámica o absoluta, para ambos líquidos, la cual se

utilizo para determinar la viscosidad cinemática.

Se concluye en base a la observación en el laboratorio, que la viscosidad, se

opone al movimiento de una partícula que entre en contacto con este fluido

líquido y que si la partícula es más densa o menos densa puede o no penetrar

el penetrarlo o puede bajar al fondo del liquido completamente y en este

fenómeno también, influye la temperatura, la cual al aumentar disminuye la

viscosidad de los líquidos.

También podemos decir que la velocidad es inversamente proporcional a la

viscosidad ya que sí la viscosidad es mayor, la velocidad de la partícula va a

ser menor, ya que como sabemos la viscosidad es la que se opone al

movimiento de una partícula en el fluido.

El cálculo de las viscosidades se debe hacer utilizando el viscosímetro

precaución porque es aquí donde encontramos más posibles causas de error.

Existen diferencias en las viscosidades y densidades de los líquidos al cual se

les hizo el ensayo de viscosidad, porque al ser comparadas con los datos

teóricos, se encuentran muy alejados, estas diferencias tienen muchas causas,

y estas, pueden ser porque hubo errores en la toma del tiempo en los líquido y

esto influyen en nuestras ecuaciones para determinarlas o que la densidad del

los líquidos, no se tomo en forma correcta.

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La densidad nos indica que los líquidos, que ocupan un volumen determinado

pueden ser más o menos pesados ya que el volumen puede ser muy grande,

pero el peso puede ser poco, como también al contrario, donde existe un

volumen pequeño y el peso es mayor, esto tiene aplicaciones importantísimas

en nuestro campo profesional, porque nos determinan la resistencia en los

materiales utilizados en la construcción, o para hacer el vaciado de vigas,

columnas o planchas, que se puede tener el mismo volumen, pero en este

volumen hay muchos vacíos, el peso es menor y la resistencia de estas se ven

afectadas por este fenómeno.

Observaciones por porcentaje de error:.

En cuanto a los porcentajes el error podemos observar que es necesario que el

instrumento con el que se realiza la medida sea aseado luego de experimentar

con cada líquido para asi asegurar de que las medida no estén alteradas por

cruzar varios líquidos y densidades diferentes.

A la hora de tomar la medida con los cronómetros podemos encontrar otra

causa de error ya que hay líquidos que por su poca densidad se desplazan al

interior de los instrumentos a una velocidad bastante alta por lo tanto no se

asegura un tiempo exacto de desplazamiento.

También podemos decir que una causa de error es la falta de instrumentos

para realizar las medidas adecuadas de nuestros instrumentos como el

espesor del cristal del viscosímetro para hallar el volumen interno del liquido

alojado en el capilar.

Otro posible causante de los errores registrados en el laboratorio puede ser la

mala calibración de los instrumentos utilizados para tomar las medidas como

por ejemplo a la hora de pesar los fluidos.

Recomendaciones

Sería muy bueno tener algún instrumento para secar y lavar el viscosímetro y el

picnómetro, porque es aquí donde los líquidos que se utilizan para el ensayo

se contaminan.

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Cuando se vaya hacer un laboratorio, como es el de viscosidad, en el cual si

influye mucho la temperatura, deberían de prepararlo con anterioridad a

determinada temperatura, cosa que cuando se vaya a hacer el ensayo se

garantice esa temperatura en todo lo que se encuentra en el laboratorio para

hacer el ensayo.

Sería aconsejable que hicieran estas prácticas con número de estudiantes

prudente donde existan dos o tres grupos y en el momento en que estemos en

el laboratorio todos los grupos tengamos equipo disponible para realizar el

ensayo.

Se necesita también uno o dos viscosímetros, ya que esta práctica es de

mucho cuidado y nosotros como estudiantes requerimos de un tiempo

prudencial para hacerla, lo cual con un solo viscosímetro nos obliga a hacer

una práctica ligera y mal hecha, ya que otros grupos están en espera del

aparato para hacer la práctica.

Otra recomendación, importante, es que nosotros al entrar al laboratorio, a

hacer cualquier ensayo, no sabemos cómo utilizar bien los instrumentos aquí,

sería muy bueno que se diera una inducción previa al laboratorio, donde nos

indiquen como se utilizan.

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BIBLIOGRAFIA

http://www.monografias.com/trabajos16/propiedades-liquidos/propiedades-

liquidos.shtml

Elaborado por los estudiantes de Ing. civil de la universidad cooperativa de

Colombia (sede Medellín- buenos aires) en el curso de mecánica de fluidos

2014_2

Notas de clase de mecánica de fluidos con el docente: John Fredy

Holguín ing. Químico (U de A)