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• Tann Torres

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PRACTICA 1:PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS (1ª y 2ª PARTE) OBJETIVOS:

Observar cualitativamente las características de la viscosidad en diferentes líquidos; determinar la densidad absoluta y el peso específico de un líquido, el comportamiento que tiene el agua y otros líquidos cuando se encuentran en contacto con tubos de pequeño diámetro (capilares); y comprender la importancia de todas esta propiedades físicas de los fluidos en la Ingeniería Hidráulica. EQUIPO UTILIZADO: VISCOSIDAD: - Placas de acrílico - Varillas -Líquidos de diferentes densidades (agua, aceite, diesel, gasolina). CAPILARIDAD: - Recipiente de vidrio con tubos capilares (6), con soportes. - Cuñas de cristal (con diferentes líquidos) COMPRESIBILIDAD: - Jeringa - Vaso de precipitados - Recipiente grande con agua TENSIÓN SUPERFICIAL: - Balanza de torsión - Aro de lucita - Recipiente con agua limpia - Recipiente con agua jabonosa. DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO: -Vaso de precipitados - diferentes líquidos (agua, aceite, resina gasolina). - báscula basculante CONSIDERACIONES TEORICAS: VISCOSIDAD: La viscosidad de un fluido es la medida de su resistencia a fluir Dicha resistencia nace de la interacción y cohesión de las moléculas del fluido. La viscosidad dinámica o simplemente viscosidad () se define como: Esfuerzo cortante: (kg/m²) Gradiente de velocidad (m/s/m)

0

Si

el fluido no es viscoso

0 Si el fluido es elástico La viscosidad cinemática es función principalmente, de la temperatura y de la presión

  /

m2 / s

(viscosidad cinemática) en ( ) 2 4 kgs / m donde ρ – Densidad ( ) DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO: La densidad absoluta o masa específica, es la masa del fluido contenida en la unidad de volumen. M  Vol Las

unidades en el sistema absoluto y gravitacional son kgs2 / m 4 respectivamente ( ). El peso específico representa el peso del fluido por unidad de volumen. P(kg)    (kg / m3 ) Vol . TENSION SUPERFICIAL: Es una fuerza como su nombre lo indica, que produce efectos de tensión en la superficie libre de los líquidos. El origen de esta fuerza es la cohesión intermolecular. La tensión superficial en la superficie libre de un líquido se manifiesta como si el líquido creara allí una fina membrana. La importancia de esta propiedad es que puede influir en el comportamiento del flujo en modelos hidráulicos de pequeñas dimensiones. CAPILARIDAD: Es una elevación o descenso de un líquido en un tubo capilar producido por la tensión superficial, la adherencia y la cohesión de un líquido. La capilaridad tiene importancia en todos los diámetros menores de 10 mm. COMPRESIBILIDAD: En los fluidos lo mismo que en los sólidos se verifica la ley fundamental de la elasticidad. El esfuerzo unitario de compresión es proporcional a la deformación unitaria del volumen: por lo tanto, la ley anterior se traduce en la fórmula siguiente: V PE V kg / m 2 Dónde:

P = Esfuerzo unitario de compresión, m3 / kg V = Volumen específico,

m3 / kg

V

= Incremento de volumen específico, kg / m3 E = Módulo de elasticidad volumétrica, kg / m 2 E = 21,000 para el agua dulce de 0 a 20 C° DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Observar detenidamente el equipo de trabajo, posteriormente pasa a las diferentes mesas de trabajo y hacer lo que se te indica complementando posteriormente las respuestas obtenidas en los experimentos realizados.

MESA N° 1: “Densidad absoluta, peso específico, densidad relativa y Volumen específico” Primeramente en este ejercicio pudimos observa cada uno de los fluidos que estaban colocados en la mesa, procedimos a pesar la tara vacía y apuntamos su valor. Después se fue pesando cada uno de los fluidos y se le restaba el valor de la tara para que se supiera exactamente cuánto pesaba el fluido y se medía su volumen. Al concluir se hicieron los cálculos correspondientes y se respondieron las preguntas.

1.- Determina con la balanza la masa o el peso de las diferentes sustancias y mide su volumen. 2.- Con los datos registrados completa la siguiente tabla SISTEMA INTERNACIONAL FLUIDO

MASA (kg)

VOLUMEN (m3)

Aceite delgado

.610

350



kg m3

1.7428 x

 

N m3

0.017009

δ

Ve 

m3 N

5628.68

10−3

Aceite grueso

.606

Petróleo

.630

350

1.7314 x

0.16985

5665.84

0.0154

6228.57

−3

10

400

1.575 x −3

10

Diesel

.638

400

1.595 x −3

10

Agua ___oC

.670

Resina poliester

.626

350

1.9142 x

5124.62

0.01877

10−3

350

1.7885 x −3

10

Mercurio ---------FLUIDO

PESO (kg)

Aceite delgado

.610

Aceite grueso

.606

Petróleo

.630

SISTEMA TÉCNICO kg UTM VOLUME   3  3 N (m ) m m3 350 350 400

1.0631x

10−3

1.7766 x

1.0492 x

1.7649 x

10−3

10−3

9.9225 x

1.6055x

−4

.638

Agua ___oC

.670

Resina polieste r Mercuri o

.626 ---------

5484.82 0.01877

--------

10

Diesel

6150.47

0.01564

400 350

350

Δ

Ve 

m3 kg

573.77

10−3

577.55 634.9206

−3

10

1.0176 x

1.6258 x

10−3

10−3

1.2825x

1.9513 x

10−3

10−4

1.1196 x

1.8232 x

10−3

10−4

626.95 522.3880

529.1054

3.- ¿Por qué un líquido es más pesado que otro? R= Por sus propiedades físicas y químicas 4.- Si colocas un trozo de madera en la superficie de cada líquido, como se comporta este, ¿por qué? R= Entre más viscosidad, más se sumerge y viceversa 5.- Menciona de que depende la variación de la densidad de un fluido R= Dependiendo de la viscosidad y de la densidad. 6.- ¿Cuáles son las propiedades que se identifican y se derivan en esta mesa? R= Viscosidad, densidad y capilaridad. 7.- ¿Qué aplicación tienen las propiedades analizadas en esta mesa? R= El comportamiento de los materiales y los distintos fluidos MESA N° 2:” “Viscosidad y Adherencia” Pudimos observar en esta mesa 5 tipos de fluidos en los que se encontraban el agua, petróleo, aceite grueso, dissel y el aceite delgado. Con este tipo de fluido fuimos colocando entre dos barras cada uno de los fluidos e intentábamos frotarlos y de allí se observaba cuales se pegaban más a la cual nos arrojaron los siguientes resultados: Liquido Agua Aceite grueso Petróleo Aceite delgado Diésel

Frota X X 80% X X

No frota

1.- Impregna con los diferentes líquidos, los juegos de placas de acrílico que tienes en tu mesa de trabajo; posteriormente trata de deslizar las placas una sobre otra. ¿Qué observas? R= Que cuesta demasiado poderlas frotar, claro unos fluidos es más difícil que otros.

2. ¿Por qué un líquido es más pesado que otro? R= Esto se debe a la propiedad de cada fluido llamada densidad, esto se debe a su composición molecular y varía en cada fluido 3. ¿A qué esfuerzos están sometiendo a los líquidos al deslizar las placas? R= Se encuentran sometidos a una fuerza cortante. 4. Ahora trate de despegar las placas ¿De qué depende la fuerza que debe aplicar? R= Depende de la adherencia entre el fluido y las placas de acrílico. 5. ¿Es la misma propiedad que le permite despegarlas, que la que le permite deslizarlas? R= No, una es llamada viscosidad y otra adherencia, pero están ligadas entre sí, son inversamente proporcionales, es decir a mayor cohesión, menor adherencia y viceversa. 6.Bata los diferentes líquidos, después meta y saque la varilla y permita que el líquido escurra, ¿Qué líquido le cuesta menos esfuerzo batir? y ¿Cuál escurre más rápido? R=Todos los líquidos actúan de forma distinta. El aceite grueso es el que cuesta más trabajo batir y al sacar la varilla empieza a fluir un hilo grueso y continuo; el aceite delgado cuesta menos trabajo batirlo y también desciende un hilo continuo pero más delgado; el petróleo es fácil de batir, al sacar la varilla no se forma un hilo continuo, sólo comienza a gotear el fluido; el diesel gotea menos y es aún más fácil de batir que todos los anteriores; el agua es el fluido que gotea menos y el que es más fácil de batir. 7.¿Qué fuerza se antepone al batir el líquido? ¿A qué esfuerzo está sometido el líquido al escurrir? y ¿Qué fuerza permite que el líquido escurra? R= El trabajo que hacemos al batir depende de la cohesión de las moléculas del fluido, entre más cohesión exista es más difícil batirlo. El escurrimiento o el goteo también tiene que ver con la fuerza de cohesión, ya que entre más fuerza haya entre las moléculas es más difícil que se separen, por lo tanto los fluidos con mayor cohesión son los que logran hacer un hilo cuando escurren, en el caso del agua su cohesión es menor y los enlaces entre moléculas se rompen fácilmente por eso al sacar la varilla es el fluido que menos gotea. 8 .Defina las propiedades que se manifiestan y que se relacionan con esta mesa, mencionando sus ecuaciones y unidades en el S.I. En esta mesa podemos observar la viscosidad.

τ=μ (dv )/dy  

dy dv

R= Donde τ=Esfuerzo cortante dy = Variación del espesor de la capa del fluido dv = Variación de la velocidad del fluido N *s m

μ= Viscosidad  

η= Donde μ = Viscosidad dinámica del fluido ρ = Densidad absoluta del fluido η=

m2 s

MESA N° 3:”Capilaridad” En esta mesa fuimos observando cada uno de los fluidos como es que se comportaban y que forma geométrica formaban , principalmente estudiamos la capilaridad de cada uno de los fluidos.

1.¿De qué depende la diferencia de niveles entre la superficie libre del agua y el nivel del líquido que se encuentra dentro del tubo? R= Depende directamente del diámetro del conducto. Al ser menor el diámetro del conducto se presenta una mayor capilaridad, la cúal es la propiedad de subir por un conducto sin la necesidad de aplicar una fuerza externa. 2. ¿Existirá un líquido donde el nivel dentro del tubo este por debajo

del nivel que existe en el recipiente? R= Si, el mercurio. Este es un fluido con una gran cohesión intermolecular, por los que no se adhiere a las paredes y no presenta capilaridad. 3. ¿Por qué los meniscos y curvaturas formadas por el agua y el mercurio son diferentes en las cuñas? R= Esto se debe a que el agua tiene menos cohesión, por lo tanto presenta mayor adherencia con el recipiente en el que está depositada; con el mercurio sucede todo lo contrario gracias a su gran cohesión no se adhiere con el recipiente. 4. Haga rollitos de papel y coloque la punta con mucho cuidado en la superficie de cada líquido ¿Qué observa? ¿Por qué se presenta este fenómeno? R= El fluido empieza a subir por el papel, se ve por el color del papel, se ve cómo sube y se adhiere a este. En el que alcanzó mayor altura fue el agua; mientras que en el que menos subió fue el petróleo. Esto pasa porque el petróleo presenta una mayor cohesión que los otros dos, por lo tanto su adherencia es menor. 5. ¿Dónde se presentas estos fenómenos en obras hidráulicas? R= La capilaridad de los fluidos se observa en líneas de conducción de agua, ya que por el diámetro de los conductos, sube el agua a abastecer, independientemente de la presión que se le aplique. 6. Defina las propiedades que se manifiestan y que se relacionan con esta mesa, mencionando sus ecuaciones y unidades en el S.I. R= La propiedad que vimos en esta mesa fue la capilaridad. h=4∇/γD MESA N° 4: “Tensión Superficial” : En esta mesa pudimos observar primeramente que cada objeto racionaba de distinta manera cuando lo sumergíamos en el agua con jabón, ya que cada uno tenía su tensión superficial distinta y con ello racionaba diferente.

1. Limpie y seque perfectamente la hoja de rasurar y con mucho cuidado colóquela en la superficie del agua ¿Qué observa? ¿Por qué es

posible esto? R= La hoja de rasurar se queda en la superficie del agua y no logra sumergirse, esto se debe a la cohesión molecular del agua, y el peso de la hoja de afeitar no logra romper la membrana formada. 2. Sumerja el aro para hacer bombas en el agua jabonosa y sáquelo. ¿Por qué se forma una película? Si revienta una parte de la película ¿Qué pasa con el hilo que está fijo en el centro? ¿Por qué se comporta así? R= El agua jabonosa presenta una menor cohesión por lo tanto se adhiere más fácil a otro cuerpo, esa es la razón por la cual se forma la película. El hilo es una discontinuidad de la película, por lo tanto al romper una parte de esta el hilo es ligeramente jalado hacia la película que aún se conserva. Esto sucede gracias a la adherencia. 3. Sumerja el aro de la balanza de torsión en el recipiente que contiene agua limpia ¿Qué observa? R= Al bajar el recipiente lentamente, se forma la película pero al bajar rápidamente el recipiente el aro rompe la tensión superficial y la flecha de la balanza sube. 4. ¿Por qué en agua jabonosa es menor la tensión superficial que en agua limpia? R= Porque gracias al jabón que se encuentra en ella, perdió un poco de cohesión y sus partículas presentan menor oposición a ser separadas. 5. Defina las propiedades que se manifiestan en los experimentos realizados anteriormente. R= Pudimos observar la tensión superficial de los fluidos. MESA #5: “ Compresibilidad” En esta mesa fuimos observando cómo reacciona la compresibilidad tanto del agua como del aire con ayuda de una jeringa y la presión que hicimos al comprimir el agua y aire con la fuerza de nuestras manos.

1. Tome la jeringa y tape el orificio, y después, comprima el émbolo, después suéltelo ¿Qué observa? R= Es muy fácil presionar el émbolo y comprimir el aire. Al soltar el émbolo el aire comienza a expandirse y regresa a su lugar inicial. 2. Ahora, llene de agua la jeringa, tape el orificio y después comprima el émbolo, después suéltelo ¿Qué observa? ¿Qué relación tiene con el primer apoyo? R= No fue posible comprimir el fluido, por lo tanto el émbolo no se movió. 3. Ahora, tome el vaso de precipitados e introdúzcalo boca abajo hasta el fondo del recipiente con agua ¿Qué observa en el interior al sumergirlo en el recipiente? R= No logra llenarse el vaso de agua, ya que el vaso se ocupa de aire y sólo una pequeña parte del agua entra. 4. Menciona el porqué de los fenómenos anteriores y sus aplicaciones más importantes en la hidráulica. R= Los gases son fluidos altamente compresibles gracias a la gran separación entre sus moléculas, por lo cual los podemos mantener en volúmenes pequeños, pero cuando tengan la oportunidad de comenzar a expandirse lo harán y ocuparan un volumen tan grande como puedan. 5. Defina las propiedades que se manifiestan y se relacionan en esta mesa, mencionando sus ecuaciones y unidades en el S.I. R= Se manifiesta la compresibilidad. E_V= -(dP V)/dV=(dP ρ)/dρ FORMULARIO 1 UTM=9.81 kg   *g   g

Dr 

s UTM 101.94 m3

de presión. s Dr 

1000

Dr 

kg m3

 9810

Nw m3

La densidad y peso específico del agua a 4º C y 1 ATM

CONCLUSIONES Al término del desarrollo de la presente práctica, logramos concluir cómo equipo, y darnos cuenta de que es importante conocer las propiedades de los fluidos, porque con ellos se pueden hacer muchas cosas que sin darnos cuenta y se encuentran en uso en nuestra vida diaria, presenciamos la densidad, y comprobamos que aun teniendo el mismo volumen dos fluidos, por su densidad, pesaban completamente diferente; la viscosidad la presenciamos al ver cómo respondían al ser empujados entre dos placas de acrílico, y la capilaridad reflejada en el mercurio, sorprendió a todos porque aun siendo un líquido común a simple vista, se comportaba de manera tan diferente al agua. La tensión superficial la observamos en el laboratorio, pero vimos que en algo tan común como una bomba de jabón, está presente. Y al iniciar la última mesa de la práctica, creímos que íbamos a ser capaces de comprimir la jeringa con agua, pero la verdad es que nuestra fuerza no fue suficiente para lograr hacerlo. Al término de la práctica llegamos a la conclusión de que todas estas propiedades están ligadas entre sí, y por eso las ecuaciones para poder calcularlas, dependen y están implícitas unas en otras.

BIBLIOGRAFÍAS:  http://www.enerpac.com/es/hidraulica-basica  http://www.festodidactic.com/ov3/media/customers/1100/551145_l eseprobe_es.pdf  http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2012/funda-hidra.pdf  MOTT, Robert L. Mecánica de fluidos aplicada. México: Prentice-Hall, 1996. 583 p

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO INGENIERÍA CIVIL

HIDRÁULICA BÁSICA PRACTICA 1: PROPIEDADES FISICAS DE LOS FLUIDOS (1ª Y 2ª PARTE)

ALUMNA: QUINTERO TORRES TANNIA PROFESOR: ING. RODRÍGUEZ CRUZ ADRIANA SOLEDAD

GRUPO: 4CV12