INFORME MECÁNICA DE FLUIDOS PROPIEDADES FISICAS DE FLUIDOS

Laboratorio de Mecánica Fluidos I

1ER TERMINO 2019

PRACTICA #1 “PROPIEDADES FISICAS DE FLUIDOS: A) DENSIDAD Y GRAVEDAD ESPECIFICA, b) VISCOCIDAD Y C) CAPILARIDAD

VERDUGA VERA RAMÓN FRANCISCO

Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la producción (FIMCP)

rfverdug@espol.edu.ec

RESUMEN

En la presente práctica se buscó determinar las densidades específicas, coeficientes de viscosidad, viscosidad cinemática y se pudo observar el fenómeno de elevación por capilaridad en dos placas planas paralelas. En cuanto a la primera parte de la práctica el instrumento que se empleo fue un hidrómetro y frascos con distintos fluidos cada uno. La segunda parte de la práctica se basó en la determinación del coeficiente de viscosidad y la viscosidad cinemática de dos aceites SAE40 y EP90 en esta parte se dejó caer 3 esferas con distintos diámetros en los aceites que se mencionó con anticipación y posterior a ello se tomó el tiempo que demoraban en llegar hasta el fondo del instrumento. Los datos que se obtuvieron en las diferentes practicas son los cuales se utilizaran en las distintas ecuaciones para el cálculo del coeficiente de viscosidad y la viscosidad cinemática, finalmente para la última parte de la practica nos basamos en la observación de un fluido entre 2 placas planas.

Palabras clave:  hidrómetro, viscosidad, cinemática

Introducción

La densidad es un termino proveniente del campo de la física y la química en donde encontramos la relación existente entre la masa que posee una sustancia, es decir un cuerpo, con su volumen; esta propiedad no depende de la cantidad de sustancia que se considere puesto que es una propiedad intrínseca. Las unidades en las que usualmente la encontramos es (kg/m3) y su ecuación es:

[pic 1]

por otro lado, la densidad relativa es la que busca la relación entre la densidad de una sustancia con la del agua a la misma temperatura.

[pic 2]

En donde:

S= gravedad específica

[pic 3]

[pic 4]

Se conoce que hasta los 25°C se puede tomar como densidad del agua 1 [g/ml] por lo que podemos inferir que a temperatura ambiente la densidad del agua va a coincidir con la densidad relativa.

Una de las propiedades mas importantes en el estudio de los fluidos que se puede apreciar cuando un fluido está en movimiento es la viscosidad, la misma que en un fluido se define como la resistencia al corte o de igual manera lo que es lo mismo que decir que es equivalente a la fricción entre 2 sólidos en movimiento relativo. (White, 2008) Para la segunda practica se calculó la viscosidad de los fluidos a la presión y temperatura ambiente del laboratorio, de esta manera se encontró los cálculos de la velocidad media en la caída de las bolas, de los conocimientos previos se aplicaron las siguientes fórmulas:

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[pic 6]

[pic 7]

en donde:

[pic 8]

D= distancia de caída de la bola

t= tiempo promedio

[pic 9]

r = radio de la esfera

g = aceleración de la gravedad

por otro lado, en cuento a la tercera parte de la práctica, empleamos los conocimientos previos acerca de lo que es capilaridad, fenómeno que lograr hacer que la superficie de un fluido al encontrarse en contacto con un cuerpo sólido suba o baje según si se moja el elemento que se está analizando. Este fenómeno de igual manera depende la tensión superficial del liquido lo cual a consecuencia hace que la sustancia presente una resistencia al incrementar su superficie.

Equipos e instrumentación

Los equipos usados para esta practica fueron muy variados siendo clasificados de la siguiente manera según la parte donde fue utilizado.

Para la primera parte se utilizó un hidrómetro universal, 4 frascos para hidrómetro y un termómetro digital. En cuanto a la segunda parte fueron necesarios viscosímetros de esferas descendentes, un cronometro y un termómetro digital y finalmente en la última parte se utilizó un aparato de capilaridad de placas paralelas.

Nota: En los anexos se detallan los instrumentos en una tabla.

Resultados

Datos del laboratorio

Presión atmosférica [mm Hg]: 757 ± 1

Temperatura [°C]: 26.1 ± 0.1

Parte A

Los datos recopilados mediante la lectura del hidrómetro son:

Tabla 1: Datos (Parte A)

A todos estos valores medidos se les debe hacer una corrección por la temperatura que tenía cada uno según la tabla proporcionada por el fabricante del hidrómetro. Los valores que no se puedan ver en la tabla directamente deberán ser calculados usando interpolación simple o doble según sea el caso.

Tomemos como ejemplo el factor de corrección para el aceite SAE 40 que registro una temperatura de 27.0 °C y una gravedad especifica de 0.87. Primero determinamos los factores de corrección para las temperaturas más próximas (25 y 30 °C) interpolando verticalmente tomando como valores de X: (0.8, 0.9, 1.0) y de Y: (1.4, 1.6, 1.8). Esto dio como valores: 1.56 y 2.53 para las temperaturas anteriormente mencionadas.

Luego de esto interpolamos en el otro sentido (horizontal) con los valores obtenidos previamente X: (25, 30) Y: (1.56, 2.53), dando un valor de corrección de 0.0019.

[pic 10]

Figura 1: Interpolación bivariada de Lagrange en Excel

Con todo esto, la gravedad especifica del aceite SAE 40 con la temperatura medida queda de la siguiente manera:

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Se calcula la densidad del aceite SAE 40 utilizando la Ecuación 1.

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Incertidumbre de la densidad:

Ya que esta ecuación depende únicamente de la gravedad específica, su gradiente queda de la siguiente manera:

Es decir,

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[pic 18]

Por último, la densidad del aceite SAE 40 y su incertidumbre quedan así:

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