Informe sobre propiedades de fluidos

Laboratorio de Mecánica de Fluidos I

Propiedades físicas de los Fluidos: a) Densidad y gravedad específica, b) Viscosidad, c) Capilaridad

Miércoles, 1 de noviembre del 2017.

-II Término 2017-2018.

Barahona Armijos Luis Fernando.

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

Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil – Ecuador

luifebar@espol.edu.ec 

Resumen

En el siguiente informe se habla sobre la experimentación de densidad y gravedad específica, viscosidad y capilaridad, en donde se demostraron los principios de su funcionamiento como propiedad, además de encontrar sus respectivos valores para los fluidos puestos a prueba. Se explica la propiedad de la capilaridad por medio de la observación, análisis y comprensión del fenómeno dentro de un instrumento de observación de capilaridad.

Por medio de métodos matemáticos y físicos se halla los valores de las diferentes densidades, gravedades específicas y viscosidades, además de hallar su incertidumbre para mantener un rango de error válido en donde se trate de acercar al valor original dado.

Para esta práctica se concluye que el valor de densidad del agua es de  , además se analizaron dos fluidos de mayor viscosidad que el agua, se demostró esto por medio de los valores de viscosidad obtenidos que fueron mayores a los del agua.[pic 1]

Palabras Clave: Densidad, Viscosidad, Incertidumbres, Capilaridad.

Introducción

A lo largo de la historia humana, el hombre se ha visto intrigado por los enigmas que se presentan en la naturaleza, de los cuales este les ha tratado de dar alguna explicación lógica para usarlos en beneficio propio. Es así como el ser humano ha desarrollado varios sistemas de comprensión para fuerzas que rodean el mundo explicando sucesos tan conocidos como la caída de una manzana, la disolución de café en agua, o la flotabilidad de los cuerpos; gracias a este entendimiento es que la humanidad goza de distintos avances que permiten facilitar ciertas funciones del diario vivir.

Para lograr la explicación los fenómenos presentes en el planeta fueron necesarios muchos años de estudios en diferentes ramas de las ciencias y muchas contribuciones de científicos que dieron facilidades para lograr su total comprensión. Entre las contribuciones se encuentra el descubrimiento de la “densidad”, propiedad de los cuerpos descubierta por el filósofo griego Arquímedes luego de una peculiar historia con una corona de oro, de la cual se trataba de comprobar si era o no fabricada totalmente por dicho material y que por medio de la densidad era posible conocer esta incógnita sin necesidad de destruir la corona.

Dentro de una definición formal se tiene a la densidad como “La razón entre la masa por el volumen”.

[pic 2]

es decir cuanta masa se encuentra contenida en una medida de volumen, es así como por medio de dicha ecuación se tiene el conocimiento de la densidad de diferentes fluidos, así por medio de experimentación se llegó a establecer el valor de la densidad del agua que es de   o de   (Young, Freedman, Sears, & Zemansky, 2009), a partir de este valor se establecen las demás consideraciones de otros cuerpos, si un cuerpo es mayor a esta densidad dentro de este fluido el cuerpo se hundirá, mientras en otro caso si es menor a la densidad del agua el cuerpo flotará.[pic 3][pic 4]

Se trata de relacionar la densidad del agua con las densidades de los demás fluidos por medio de una expresión conocida como “Gravedad específica” la cual se entiende como la razón de la densidad de un fluido entre la densidad del agua.

[pic 5]

Este es un valor adimensional el cual muestra en que factor se encuentra la densidad de cierto fluido con la del agua, en la mayor parte de los cálculos se suele usar este valor, que también es conocido como “densidad relativa”.

Otro de las propiedades descubiertas a lo largo de la historia humana es la llamada “viscosidad”, analizada en varios ámbitos por Isaac Newton que aplicó diversos cálculos para clasificar luego a los fluidos por sus características mostradas ante otras partículas.

Así pues, se define a la viscosidad como “la propiedad de un fluido que opone resistencia al movimiento de sus moléculas, así como resistencia a los esfuerzos de corte”. (Mott, 1996)

Por medio de la viscosidad se puede clasificar a los fluidos en newtonianos y no newtonianos; esta clasificación depende de la proporcionalidad de los esfuerzos de corte con su rapidez de deformación; en otras palabras, serán fluidos newtonianos si se rigen bajo la ley de Newton para fluidos.

La ecuación de la ley de Newton de la viscosidad se basa en la siguiente:

[pic 6]

   (3)[pic 7]

En base a esta ecuación si el fluido mantiene una relación lineal con el esfuerzo de corte será newtoniano y si es diferente a una lineal será no newtoniano.

Si se analiza con mayor profundidad la viscosidad se podría decir que esta también se clasifica en cinemática y dinámica, dependiendo del tiempo en cómo se demore en pasar el líquido del fluido de la parte superior a la inferior

Una de las propiedades de los fluidos más interesantes en los fluidos es la “capilaridad” , con esta propiedad los líquidos pueden ascender o descender una determinada altura dentro de un tubo o compartimento de diámetro pequeño debido a la variación de presión existente dentro del mismo, esto se debe por la tensión superficial, fenómeno por el cual las moléculas se encuentran sometidas a atracciones eléctricas dando origen a la cohesión, cuando las partículas de un fluido se encuentran dentro del líquido mismo su fuerzas de atracción se complementan mientras que en la superficie difieren dando origen a la tensión superficial. (Blasco, Blasco, Fernández, Losada, & Viñas, 2008).

Para un mayor entendimiento de los temas es necesario realizar alguna experimentación con la cual se pueda observar cómo interactúan estas propiedades con un respectivo fluido, así se podrá determinar por medio del uso de diferentes aparatos de medición las densidades y gravedades específicas de distintos fluidos, así como su viscosidad por medio del análisis de presión y temperatura; además de observar el efecto de capilaridad entre dos placas al ingresar un cierto fluido entre las mismas.

En la práctica se van a usar ciertas ecuaciones que son de gran importancia al momento de hacer los respectivos cálculos para obtener los valores de densidad, viscosidad y análisis de capilaridad.

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