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 masa
Comprobar 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 maestros y profesionales de esta area y/o carrera a colaborar construyendo este sitio dedicado a esta hermosa y util profesion aportando el material apropiado a cada uno de los mas de 1,000 temas que lo componen.
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