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• Leon Lorena

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INGENIERÍA METALÚRGICA - UPTC

PRÁCTICA DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE No. 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 1. OBJETIVOS:

 Determinar la densidad del agua, aceite, alcohol y glicerina, por medio de los métodos de Botella de densidad, Vaso Metálico y del Beaker a temperatura ambiente.  Calcular la tensión superficial del agua por medio de tubos y placas capilares.  Determinar la viscosidad del aceite y la glicerina a temperatura ambiente por medio del equipo de viscosímetro de caída de bola. 2. IMPLEMENTOS DE SEGURIDAD:  Bata.  Guantes. 3. MATERIALES Y/O EQUIPOS:

                

Balanza. Baso metálico o Eureka. Beaker. Cilindro guía. Cronómetro. Esferas metálicas. Picnómetro. Probeta. Regla. Sólido regular. Termómetro. Tubos y placas de capilaridad. Aceite de cocina. Agua. Alcohol. Glicerina. Toalla de cocina (LA DEBE TRAER EL ESTUDIANTE)

Ing. CLAUDIA MOLINA

INGENIERÍA METALÚRGICA - UPTC

4. MARCO TEÓRICO: 4.1 Densidad:

La densidad de un fluido se define como su masa por unidad de volumenLa unidad de densidad en el SI es el kilogramo por metro cúbico y se denota por р. En cuerpos homogéneos, la densidad es una propiedad que se refiere a todas las partes del cuerpo. Si estos son heterogéneos, la densidad varía de un punto a otro.(Streeter, Wylie E., & Bedford, 1999). 

masa  gr  Rta: (Kg/m3) volumen  ml 

4.1.1 Densidad relativa: El peso específico relativo o densidad relativa, es un número a dimensional dado por la relación del peso del cuerpo al peso de un volumen igual de una sustancia referencia. Los sólidos y líquidos se refieren al agua a 4° C y los gases se refieren al aire libre de CO2 e hidrógeno a como condiciones normales. (GILES, 1969)

4.2 Peso Específico Peso de la unidad de volumen de una sustancia. En los líquidos se considera constante para variaciones ordinarias de presión, este cambia con la localización, al depender de la gravedad (GILES, 1969; Streeter, Wylie E., & Bedford, 1999).

4.3 Tensión Superficial Trabajo que debe realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del líquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie. (GILES, 1969)

4.4 Capilaridad La elevación o descenso de un líquido en un tubo capilar, placas, medios porosos o en situaciones físicas análogas, es producido por la tensión superficial, dependiendo de las magnitudes relativas de la cohesión del líquido y de la adhesión del líquido a las paredes de la superficie. Los líquidos ascienden en superficies con adhesión> cohesión y descienden en superficies con cohesión > adhesión (GILES, 1969). ht 

4 gD

hp 

2 gb

Ing. CLAUDIA MOLINA

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ht: la altura en el tubo capilar (m). hp: Altura entre placas.(m)  = Tensión superficial en (N/m)  = Densidad del fluido en (Kg/m3)

g = Aceleración de la gravedad en (m/s2) D = Diámetro del tubo capilar en (m) b = Separación entre placas en (m)

Ing. CLAUDIA MOLINA

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4.5 Viscosidad. La viscosidad es la propiedad de un fluido mediante la cual se ofrece resistencia al corte. La viscosidad es una manifestación del movimiento Molecular dentro del fluido. La viscosidad es prácticamente independiente de la presión y depende únicamente de la Temperatura, La viscosidad de un gas se incrementa con la temperatura, mientras que la de un líquido disminuye (GILES, 1969; Streeter, Wylie E., & Bedford, 1999). Para determinar la viscosidad absoluta a través del viscosímetro de caída de bola, se requiere primero conocer la velocidad observada y la velocidad corregida.

i.

Velocidad observada: Vo 

y t

Ing. CLAUDIA MOLINA

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Vo = Velocidad observada de caída dey = Distancia recorrida por la esfera la esfera (m/s). (m) t = tiempo para recorrer (s)

ii. Velocidad corregida:  9 De  (9 De) 2  V  Vo 1    (4 Dt ) 2   4 Dt

Ing. CLAUDIA MOLINA

V = Velocidad corregida. (m/s) De = Diámetro de la esfera (m)

Dt = Diámetro del tubo (m)

iii. Viscosidad Absoluta o dinámica ():   De 2  = Viscosidad absoluta o dinámica. De = Diámetro de la esfera. e = Peso específico de la esfera.

 e   1  18V

1 = Peso específico del líquido de trabajo. V = Velocidad corregida.

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iv. Viscosidad Cinemática: Relación de la viscosidad con la densidad de masa. (Streeter, Wylie E., & Bedford, 1999)  

 

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 = Viscosidad cinemática.  = Viscosidad absoluta o dinámica.  = Densidad del cuerpo. 5. DESARROLLO EXPERIMENTAL:

Prueba N° 1: Densidad A través de 3 métodos calcularemos las densidades para los siguientes fluidos:  Agua de grifo.  Alcohol antiséptico.  Aceite de cocina.  Glicerina.

Método Nº 1: Medición con el Beaker. a. b. c. d.

Pese el Beaker vacío. Llene el Beaker con el fluido y lea el volumen. Pese el Beaker + fluido Repita los procedimientos para cada fluido estudiado.

Método Nº 2: Principio de Arquímedes. a. Tome un objeto sólido que encaje en el recipiente metálico (Eureka) de la prueba, por ejemplo un cilindro o un cubo, y mida las dimensiones necesarias para el calcular el volumen. b.Llene el vaso metálico hasta el nivel de rebose. c. Pese un Beaker vacío. d.Coloque el Beaker junto al recipiente metálico, permitiendo que el fluido que rebose se deposite en el Beaker. e. Sumerja el sólido en el recipiente metálico. f. Pese el conjunto Beaker + fluido.

Método Nº 3. Botella de densidad. a. Pese el picnómetro (incluyendo el tapón). b. Llene el picnómetro con el fluido. c. Manipule el tapón del picnómetro para que funcione como una pipeta, buscando desalojar el fluido en exceso por encima del cuello de la botella. d. Seque la superficie externa del picnómetro y pese el conjunto picnómetro + fluido.

Prueba Nº 2: Capilaridad a. b. c. d. e.

Llene el tanque de prueba con agua hasta aproximadamente las ¾ partes. Mida la temperatura del fluido. Coloque y asegure los tubos capilares. Tome lecturas de las lecturas capilares en cada tubo. Repita los pasos descritos con las placas de vidrio, separándolas con cintas plásticas.

Figura No. 1.Aparato para pruebas de capilaridad.

Prueba Nº 3: Viscosímetro de caída de bola a. Llene la probeta con glicerina o aceite y coloque el cilindro guía. b.Coloque bajo el cilindro guía las bandas de caucho separadas a una distancia de 200 mm. c. Introduzca dentro del cilindra guía cada una de las esferas. d.Mida el tiempo que tarda la esfera en descender la distancia entre las bandas de caucho. e. Repita el procedimiento el otro fluido.

Figura No. 2. Viscosímetro de Caída de Bola.

FORMATOS DE TOMA DE DATOS.

NOMBRES

______________________________________ _ ______________________________________ _ ______________________________________ ______________________________________ __ ______________________________________ _ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ _ NOMBRES

______________________________________ _ ______________________________________ _ ______________________________________ ______________________________________ _ ______________________________________ _ ______________________________________ ______________________________________ __ ______________________________________ _

PRUEBA Nº 1: DENSIDAD Método 1. Beaker FLUIDO

Peso beaker (gr)

Volumen del fluido (cm³)

Peso beaker + fluido (gr)

Densidad (kg/m³)

Peso beaker + fluido (gr)

Densidad (kg/m³)

Peso Peso Volumen del picnómetro picnómetro + fluido (cm³) (gr) fluido (gr)

Densidad (kg/m³)

Agua de grifo Aceite Alcohol Glicerina Método 2: Principio de Arquímedes. FLUIDO

Peso beaker (gr)

Volumen del fluido (cm³)

Agua de grifo Aceite Alcohol Glicerina Método 2: Botella de Densidad. FLUIDO Agua de grifo Aceite

Alcohol Glicerina PRUEBA Nº 2: CAPILARIDAD a) Tubos DIÁMETRO (mm)

ht (cm)

Densidad (kg/cm3)

Tensión superficial (N/m)

b) Placas SEPARACIÓN (mm)

hp (cm)

Densidad (kg/cm3)

Tensión superficial (N/m)

PRUEBA Nº 3: VISCOSIDAD GLICERINA Distancia (cm) Densidad del fluido (Kg/m³) Densidad de la esfera (Kg/m³) Tiempo 1 (seg) Tiempo 2 (seg) Tiempo 3 (seg) Promedio Tiempo (seg) Viscosidad Dinámica (Kg.seg/m2) Viscosidad Cinemática (m2/s)

 1/16”

 3/32”

 1/8”

INGENIERÍA METALÚRGICA - UPTC CUESTIONARIO:

Prueba Nº 1: Densidad

 La exactitud del método de Arquímedes mejoraría si midiéramos con: Un vaso estrecho y profundo, o un vaso ancho y poco profundo. Porque?  ¿Cuál de los anteriores métodos demuestra una manera más fundamental de medir el volumen de un líquido? Porqué?  ¿Cuál cree usted que es el procedimiento más exacto? Porque?  ¿Cuál cree usted que es el procedimiento menos preciso? Porque?  Con el valor que considere mas preciso de densidad, obtenida para cada fluido, calcule la densidad relativa. Justifique su respuesta.  Comparar los valores obtenidos con los establecidos en los textos.  Enunciar las variables que tienen mayor influencia en la densidad.

Prueba Nº 2: Capilaridad

 Calcule la tensión superficial con las alturas, separaciones entre placas, diámetro del tubo capilar y la densidad más precisa que halló en la prueba de densidad, teniendo en cuenta la temperatura del fluido.  Realice la gráfica de altura capilar vs diámetro, y de altura en la placa vs separación, haga una interpretación de la gráfica y explique cómo afecta el diámetro o la separación. en la elevación del fluido.

Prueba Nº 3: Viscosidad

 Calcular la viscosidad dinámica y cinemática de los fluidos empleados.  Comparar los resultados obtenidos con los valores establecidos en los diferentes textos.  Enunciar las variables que tienen influencia en la viscosidad.  Cuál es la viscosidad dinámica de un liquido en reposo?

Ing. CLAUDIA MOLINA