Introducción
La realización del laboratorio es la
parte del curso de Mecánica de fluidos, que sirve para
confirmar los conceptos teóricos desarrollados en clase,
con el comportamiento real de los fenómenos
físicos; para luego aplicar con confianza los conceptos
teóricos en el estudio de manejo de fluidos en diferentes
campos de la Ingeniería.
Se llamará fluido a cualquier
sustancia que se pueda hacer escurrir mediante una
aplicación apropiada de fuerzas. En términos
generales, se pueden clasificar en líquidos y gases. Los
líquidos son prácticamente incompresibles, por lo
que se puede considerar que su volumen es constante, aunque su
forma puede variar. Los gases son altamente compresibles, por lo
no tienen un volumen característico, sencillamente se
expanden hasta llenar cualquier recipiente en que se les
coloque.
Todo fluido soporta fuerzas normales o
perpendiculares a sus fronteras, sin que haya escurrimiento, y
puede estar en equilibrio bajo la acción de una diversidad
de fuerzas de este tipo. Sin embargo, un fluido no puede resistir
la acción de una fuerza tangencial, ya que tan pronto como
se ejerce este tipo de fuerza, el fluido responde
deslizándose sobre sus fronteras, provocando el movimiento
del fluido.
Por lo tanto, una condición
necesaria para que un fluido esté en equilibrio, es que
sus fronteras sólo experimenten fuerzas
normales.
OBJETIVOS
Determinar las propiedades
físicas, Densidad, Peso especifico y gravedad
especifica a un liquido utilizando diferentes
métodos.Comprobar que la densidad de un fluido
está relacionada directamente con su masaComprobar que el peso especifico de un
fluido esta relacionado directamente con la
densidad.Adquirir destreza en el uso de los
instrumentos y equipos de laboratorio.Aprender que con métodos
sencillos de laboratorio podemos averiguar propiedades de los
fluidos
Propiedades de
los fluidos
Se define la DENSIDAD de un cuerpo,
también llamada densidad absoluta, en este caso de un
fluido, denotado por la letra griega ?, como la cantidad de masa
que hay en una unidad de volumen, entonces:
La densidad del agua es la densidad clave
para definir la densidad relativa de un fluido, ya que expresa la
relación que existe entre la densidad de una sustancia y
la densidad del agua, resultando en una magnitud
adimensional:
La VISCOSIDAD es la oposición de un
fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene
viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos
conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de
viscosidad nula una aproximación bastante buena para
ciertas aplicaciones.
Tipos de viscosidad:
Viscosidad absoluta o dinámica:
h
-Unidades en el S.I.: N s/m2
-Unidades en el cgs: dina s/cm2
(poise)
Viscosidad cinemática: es la
relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de
masa del fluido
V = n/p
-Unidades en el S.I.: m2/s
-Unidades en el cgs: cm2/s
(stoke)
PRESIÓN DE VAPOR
Los líquidos se evaporan debido a
que las moléculas se escapan de su superficie. Las
moléculas de vapor ejercen una presión parcial en
el espacio que las rodea conocida como "presión de
vapor".
Si el espacio encima de la superficie del
líquido es limitado, como cuando se tiene una botella de
agua medio llena, después de un cierto tiempo la cantidad
de moléculas que salen del líquido es la misma que
el número de moléculas que golpean la superficie y
se condensan, llegando al equilibrio. Como ésto depende de
la actividad molecular y ésta es función de la
temperatura, la presión de vapor de un fluido
dependerá de la misma y aumentará con
ella.
Cuando la presión por encima de un
líquido es igual a la presión de vapor del
líquido, se produce la ebullición a temperaturas
bajas. Este fenómeno se denomina "cavitación", la
cual consiste en la formación de una cavidad de vapor en
rápida expansión que es barrida lejos de su punto
de origen y penetra regiones donde la presión es superior
a la presión de la cavidad, produciendo su
implosión. Este fenómeno afecta a las bombas
hidráulicas y a las turbinas.
CAPILARIDAD
La capilaridad es la cualidad que posee una
sustancia para absorber un líquido. Sucede cuando las
fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el
sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares
cohesivas del líquido. Esto causa que el menisco tenga una
forma curva cuando el líquido está en contacto con
una superficie vertical. En el caso del tubo delgado, éste
succiona un líquido incluso en contra de la fuerza de
gravedad. Este es el mismo efecto que causa que los materiales
porosos absorban líquidos.Estoy invitando a todos los
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Propiedades de
los fluidos
Puesto que el estudio de 1a mecánica
de fluidos trata típicamente con un fluido en flujo
continuo o con una pequeña cantidad de fluido en reposo,
es más conveniente relacionar la masa y el peso del fluido
con un volumen dado del fluido. Así pues, las propiedades
de densidad y de peso específico se definen de la manera
siguiente:
DENSIDAD
La densidad es la cantidad de masa por
unidad de volumen de una sustancia
Por consiguiente, utilizando la letra
griega p para la densidad
En donde V es el volumen de la sustancia
cuya masa es m. Las unidades de densidad son kilogramos por metro
cúbico en el Sistema Internacional (SI) y slugs por pie
cúbico en el Sistema Británico de
Unidades.
La Sociedad Norteamericana para Pruebas y
Materiales (ASTM [American Societv for Testing and Materials]) ha
publicado varios métodos estándar de prueba para
medir densidad, que describen recipientes cuya capacidad se
conoce exactamente, llamados picnómetros. En estas normas
se determina la forma apropiada de llenar, manejar, controlar la
temperatura y hacer lecturas en estos dispositivos. Dos de ellos
son el picnómetro de Bingham y el picnómetro
bícapilar de Lipkin.
Las normas también exigen la
determinación precisa dc la masa de los fluidos que se
encuentran en los picnómetros al 0.1 Mg. más
cercano, utilizando una balanza analítica.
PESO ESPECÍFICO
El peso específico es la cantidad de
peso por unidad de volumen de una sustancia.
Utilizando la letra griega (gamma) para
denotar el peso específico,
En donde V es el volumen de una sustancia
que tiene el peso W. Las unidades del peso especifico, son los
newtons por metro cúbico (N/m3) en el SI y libras por pie
cúbico (lb/pie3) en el Sistema Británico de
Unidades.
GRAVEDAD ESPECIFICA
La gravedad especifica es el cociente de la
densidad de una sustancia entre la densidad del agua a 4 °C,
o, es el cociente del peso especifico de una sustancia entre el
peso especifico del agua a 4 °C.
Estas definiciones de la gravedad
especifica se pueden expresar de manera matemática
como:
En donde el subíndice s se refiere a
la sustancia cuya gravedad especifica se esta determinando y el
subíndice w se refiere al agua.
La definición matemática de
gravedad especifica se puede escribir como:
Esta definición es valida,
independientemente de la temperatura a la que se determina la
gravedad especifica.
Sin embargo, las propiedades de los fluidos
varían con la temperatura. En general cuando la densidad
diminuye, aumenta la temperatura.
RELACION ENTRE DENSIDAD Y PESO
ESPECIFICO
Se encuentra muy a menudo que el peso
especifico de una sustancia cuando se conoce su densidad y
viceversa. La conversión de uno a otra se puede efectuar
mediante la siguiente ecuación
En la que g es la aceleración debida
a la gravedad. La definición de peso especifico
es:
Al multiplicar por g tanto el numerador
como el denominador de esta ecuación obtenemos:
pero m = w / g por consiguiente
tenemos:
puesto que p = m / v, obtenemos:
Conclusiones
Teniendo en cuenta que la forma como
tomamos talvez no sea perfecta por lo tanto las medidas no
fueron exactas, que factores como la temperatura, humedad del
lugar donde se hicieron las pruebas tienen que ver con los
resultados dados podemos decir que el factor de error es
mínimo puesto que los valores obtenidos se parecen o
se aproximan mucho a los valores que nos dan los
textos
Autor:
Silverio Fernando
Fernando