Determinacion De Las Propiedades Fisicas De Los Fluidos

Práctica No.1

Determinación experimental de las propiedades físicas de los fluidos

Introducción

La propiedad fundamental que caracteriza a los fluidos (líquidos y gases) es que carecen de rigidez y en consecuencia se deforman fácilmente. Ésto es debido a que las fuerzas atractivas entre las moléculas del líquido vencen al movimiento térmico de las mismas, colapsando las moléculas y formando el líquido. Por este motivo un fluido no tiene forma y diferentes porciones del mismo se pueden acomodar dentro del recipiente que lo contiene(1,2).

Para comprender las propiedades de los fluidos, es necesario saber diferenciar el tipo de fluido. Se dividen en dos tipos:

Fluidos compresibles: Son los gases que varían su densidad al variar la presión. Hay algunos gases incompresibles a bajas presiones.

Fluidos incompresibles: Son los líquidos que no varían su densidad al variar la presión. Hay algunos líquidos compresibles(3).

Los fluidos también cuentan con propiedades físicas que pueden medirse sin que cambien su composición química. Algunas de estas propiedades físicas son:

Densidad (ρ)

Peso específico (γ)

Punto de ebullicion

El objetivo principal de ésta práctica es mejorar la comprensión y estudio de estas propiedades determinando algunas de ellas (densidad, peso específico, y punto de ebullición) para las siguientes sustancias: aceite comercial vegetal (girasol), agua y alcohol etílico. Seguidamente se hará un compración de los resultados obtenidos con los datos que proporciona la literatura para cada sustancia, los cuales se llevaron a cabo a condiciones de presión y temperatura estándar.

Ancedentes

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeño que sea dicho esfuerzo. Así, un fluido es incapaz de resistir fuerzas o esfuerzos de cizalla sin desplazarse, mientras que un sólido si puede hacerlo8.

La mecánica de fluidos es el estudio del comportamiento de los fluidos, ya sea que estén en reposo (estática de fluidos) o en movimiento (dinámica de fluidos). Los fluidos se pueden presentar de formas distintas, como pueden ser líquidos o gases(4).

Propiedades de los fluidos

Masa y Peso: Los términos masa y peso a menudo se usan en forma equivalente, sin embargo, estrictamenre hablando, son cantidades distintas. La masa es una medida de la cantidad de materia en un objeto, mientras que el peso, desde el punto de vista técnico, es la fuerza que ejerce la gravedad sobre el objeto(5,6).

Volumen: La unidad de SI es el metro (m) y la unidad de volumen derivada de SI es el metro cúbico (m3). Otra unidad común de volumen es el litro (l). Un litro se define como el volumen que ocupa un decímetro cúbico. El volumen de un litro es igual a 1000 mililitros (ml) o 1000 centímetros cúbicos y un mililitro es igual a un centímetro cúbico(5).

Densidad: es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Por tanto, si se denota la densidad con la letra griega p (rho), se tiene

ρ=□(m/V)

Donde V es el volumen de la sustancia que tiene masa m. Las unidades de la densidad son kilogramos por metro cubico, en el SI, y slugs por pie cubico en el Sistema Tradicional de Estados Unidos(4).

Peso específico: Se define como el peso por unidad de volumen. Para un fluido homogéneo:

γ=ρg= □(mg/V)=□(w/V)

Se denota el peso específico con la letra griega y (gamma), donde V es el volumen de una sustancia que tiene peso w. Las unidades del peso específico son los Newton sobre metro cubico (N/m3) en el SI, y libras sobre pie cubico (lb/ pie3) en el Sistema Tradicional de Estados Unidos(2,4).

Temperatura: Para establecer una escala de temperatura se establecen arbitrariamente cierto puntos fijos e incrementos de temperatura denominados grados. Dos puntos fijos habituales son la temperatura a la que se funde el hielo y la temperatura a la que el agua hierve, ambos a la presión atmosférica estándar.

En la escala Celsius el punto de fusión del hielo es 0°C, el punto de ebullición del agua es 100 °C y el intervalo entre ambos se divide en 100 partes iguales llamadas grados Celsius. En la escala de temperatura Fahrenheit el punto de fusión del hielo es 32 °F, el punto de ebullición del agua es 212 °F6.

Punto de ebullición: es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra y esto ocasiona un cambio del esta líquido al estado gaseoso(7)

La escala de temperaturas SI se denomina escala Kelvin y asigna el valor cero a la temperatura mas baja posible. Este 0 K, tiene lugar a -273.15 °C, para este tipo de escala se debe resaltar:

Cuando se escribe una temperatura Kelvin no se utiliza el simbolo grado. Se escribe 0 K o 300 K.

La escala Kelvin es una escala absoluta; no hay temperaturas Kelvin negativas(6).

Figura 1. Comparación de las tres escalas de temperatura

Tomado de The Process of Science, Revised Edition por Anthony Carpi and Anne Egger

Las siguientes ecuaciones algebraicas permiten llevar a cabo las coversiones de temperatura(6).

Kelvin a partir de Celsius: T(K) – T(°C) + 273.15

Fahrenheit a partir de Celsius: T(°F) - 9/5 T(°C) + 32

Celsius a partir de Fahrenheit: T(°C) - 5/9 [T(°F)-32]

Metodología Experimental

Material y equipo

Cantidad Material

6 Vasos de precipitados de 50 ml.

3 Probetas de 100 ml.

1 Balanza analítica

1 Parrilla de calentamiento

1 Termómetro

Reactivos

Cantidad Reactivo

150 ml Agua

150 ml Alcohol Etílico

150 ml Aceite comercial

1.- Lavar cuidadosamente los vasos de precipitados de 50 ml y las probetas de 100 ml. Secar.

2.- Pesar

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