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Este documento contiene observaciones y conclusiones de experimentos relacionados con la determinación de propiedades de diferentes fluidos, como viscosidad y diámetro de esfera, así como la calibración de un medidor de presión. Además, se incluyen instrucciones para realizar pruebas de pérdidas menores por expansión brusca y se presentan ejercicios para el laboratorio.
Tipo: Apuntes
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COORDINACION INGENIERIA MECANICA.
Ing. Juan Antonio Franco Quintanilla Ing. Raúl Gutiérrez Herrera Ing. Humberto Arroyo Balderas
No. 1
No. 2
No. 3
No. 4
No. 5
No. 6
No. 7
No. 8
No. 9
No. 10
No. 11
No. 12
No. 13
No. 14
No. 15
Donde: w=Densidad del agua L= Densidad liquido Analizado S= Densidad relativa o gravedad especifica. A= Área =Peso especifico =Densidad g = Gravedad =Volumen especifico
Equipo y Material a Utilizar
4 Hidrómetros Universales 4 Vasos de hidrómetro
Tipo de Fluido
Fluido # 1 ______________________________ Fluido # 2 ______________________________ Fluido # 3 ______________________________ Fluido # 4 ______________________________
F ig.1.3 Equipo de Laboratorio.
Desarrollo de la Práctica:
Primera parte “Principio de Arquímedes.”
Primero sumerja el Hidrómetro en agua y marque en la escala la longitud de inmersión. Después repita la inmersión del Hidrómetro en otro líquido y vuelva a marcar la longitud de inmersión.
Si Lw = Longitud de inmersión en agua de densidad w y LL= Longitud de inmersión en el líquido de densidad L
L= S w
Entonces: El peso del agua desplazada es igual a w g.A.Lw El peso del líquido desplazado es igual a l g.A.Ll
Según el principio de Arquímedes, el peso del tubo es igual al peso de agua desplazada y es igual al peso del líquido desplazado. w g.A.Lw = S w g.A.LL donde g
S = l
w L
= LongituddeinmersionenLiquido
LongituddeinmersionenAgua
Entonces sí la profundidad de inmersión en agua se marca en la escala como 1.00 y para el líquido como
Ll
Lw usando diferentes líquidos la escala puede construirse para leer gravedades específicas directamente.
Segunda parte.
a) Llene uno de los vasos hidrométricos con suficiente agua para que flote el hidrómetro y verifique que la escala corresponda a la profundidad de inmersión de 1.00. Con esto se verifica la calibración del hidrómetro. b) Llene los demás vasos hidrométricos con los líquidos a probar de manera suficiente para que flote el hidrómetro y anote la lectura de la escala para cada líquido.
NOTA: Los líquidos a probar serán los mismos que se utilizaran en la práctica número 2 para determinar la viscosidad de los mismos.
Datos de práctica:
Presión barométrica __________________mm de Hg. Temperatura________________ oC.
Líquido Lectura de la escala = Gravedad específica 1 -. Agua 2 -. 3 -. 4 -.
Ya que S = DensidaddelAgua
w
L
l = S w
y w =
gr ml
ml gr
lto lto
kg m
kg m
3 3
3 3
NOTA: Partiendo de los datos obtenidos deberá determinar los valores de las demás propiedades de cada fluido.
Formulas:
Operaciones.
Figura 2.
Objetivo:
Determinar el valor de la viscosidad absoluta y cinemática de los fluidos utilizados en la practica #1 con la ayuda de el Viscómetro de caída de esfera y las formulas correspondientes.
Marco teórico Investigar lo siguiente:
Consulta ¿Qué es Viscosidad?
Teoría de funcionamiento de un viscometro de esfera. Con se ilustra en la figura 2.1 la esfera se mueve con una velocidad uniforme “Vel “, entonces las fuerzas que actúan sobre la esfera son: a) La fuerza gravitacional sobre la esfera Fg b) La fuerza ascendente (Flotación) FB c) La fuerza de resistencia al movimiento debido a la viscosidad Fv
Fig.2.2 Material de Laboratorio.
Cinemática: Definición, símbolo, ecuaciones y unidades.
Absoluta: Definición, símbolo, ecuaciones y unidades.
Vel
rg r Vel
r g e l
e l
3
Y Sabiendo que
m Vol r Vol
m
La fuerza gravitacional Fg me g e r g
De la Ley de Stokes, donde es el coeficiente de viscosidad y Vel es la velocidad media de la esfera.
Por lo anterior se obtiene la Viscosidad Absoluta:
r g r Vel r g
l e
B V g
Equipo a utilizar:
Viscómetro de caída de esfera Cronómetro Hidrómetro
Se utilizarán los fluidos considerados en la Práctica 1 y los resultados obtenidos de la misma.
Fig.2.2 Material de Laboratorio.
Velocidad media de la esfera Vel = Distancia a través de la que cae esfera / tiempo promedio. Si por ejemplo tomamos la distancia L= 75mm la velocidad se calcularía de la siguiente manera:
Donde t es el tiempo promedio
Entonces:
Sistema de Unidades M.K.S. Absoluto
m
Viscosidad Cinemática
Diámetro de la Esfera
Longitud de caída (75 mm)
t Tiempo de lectura
T (^) prom Tiempo promedio
Vel Velocidad (L/Tprom)
Viscosidad Absoluta
Viscosidad Cinemática
13
Verifique los resultados obtenidos para los tres fluidos utilizados con los valores estandarizados de los mismos.
OBSERVACIONES:
_________ _____________________________________________________________________ __________________
CONCLUSIONES: _____________________________________________________ _________________________
Diámetro de la Esfera
Longitud de caída (75 mm)
t Tiempo de lectura
Tprom Tiempo promedio
Vel Velocidad (L/Tprom)
Viscosidad Absoluta
Viscosidad Cinemática
Diámetro de la Esfera
Longitud de caída (75 mm)
t Tiempo de lectura
Tprom Tiempo promedio
Vel Velocidad (L/Tprom)
Viscosidad Absoluta
Viscosidad Cinemática
No Dejes de Leer…. la Siguiente Práctica
Objetivo: Observar el comportamiento y características de la presión estática en un fluido, atreves de las siguientes demostraciones.
Demostración No.1: Observar el comportamiento de un fluido en reposo demostrando que su superficie libre es horizontal.
Demostración No.2: Observar el efecto del flujo en una superficie libre.
Demostración No. 3: Demostrar que la intensidad de la presión en un líquido depende únicamente de la profundidad a considerar. Y
La Variación de la Intensidad de la Presión con el Aparato de Pascal.
Además de la medición de los niveles de un líquido.
Marco teórico requerido:
Desarrollo de Practica:
DEMOSTRACIÓN No. 1: Superficie libre en un fluido en reposo Como se mencionó anteriormente, el único factor físico involucrado es la gravedad y la superficie libre siempre será horizontal.
Fig.3.1 Diagrama descriptivo. Fig.3.2 Equipo de laboratorio.
Investigar: *CONCEPTO, *DEFINICIÓN
Tema: ***** FLUIDO EN REPOSO ***** FLUIDO EN MOVIMIENTO ***** PRESIÓN ESTÁTICA
Desarrollo de la Demostración 1:
a) Asegúrese que las válvulas V3 y V4 se encuentren cerradas. b) Abra las válvulas V1, V2 y V5. c) Utilizando la bomba manual, transfiera el agua del tanque 1 al tanque 2 hasta que el nivel coincida con la primera línea horizontal de la pared del tanque. d) Note que el nivel de cada uno de los tubos, “a”, “b” y “c”, es el mismo y en línea con la primer línea horizontal del tanque. e) Repita para la segunda, tercera y cuarta línea horizontal notando que el nivel del agua es siempre horizontal, independientemente del tamaño o la forma del tubo. f) Drene el agua del tanque 2 abriendo la válvula V3 y restablezca el nivel en la primera línea horizontal. g) Cierre la válvula V3 y asegúrese que la válvula V1 esté abierta. Cierre la válvula V5 en la parte superior del tubo “a” (el tubo “a” ya no tiene una superficie libre). h) Utilizando la bomba manual (A), transfiera el agua desde el tanque 1 al tanque 2. Aumente el nivel del agua del tanque 1 hasta la segunda, tercera y cuarta línea horizontal. Note que el nivel del tubo “a” se mantiene bajo mientras que “b” y “c” siguen el nivel del tanque como en el inciso e).
Demostración No. 2: Efecto de flujo en una superficie libre.
Consideremos las energías en la superficie libre en el tanque 2 y un punto sobre el plano de referencia ( en metros ). La energía potencial en la superficie libre del tanque No. 2 sobre el plano de la referencia = h.
La energía en p está dada por :
Energía de Presión =
p
De la ley de la conservación de la energía :
Energía Cinética =
v g
2
2
h =
p v
2
2
Las pérdidas serán expresadas como =K.
v g
2
2
h =
p v 2g
2
p h
v 2g
2
De la figura h
p
v 2g
2
p g
h 1 h y
Ec. 2.
Demostración No. 3 Con un depósito rectangular, el cuál tiene colocado un manómetro colocado como se indica en la siguiente figura.
Fig.3. Fig.3.5 Material de laboratorio
En la fig.3.4 se muestra un tanque que contiene un líquido con una profundidad h. Considere un prisma vertical de líquido de área A. La fuerza gravitacional de la masa del líquido del prisma ( F ) :
La intensidad de la presión en la base del prisma
Por lo tanto, de la Ec.. 2.2, la intensidad de la presión de un fluido varía únicamente con la profundidad.
Desarrollo de la Demostración : a) Llene el recipiente con agua hasta una altura por arriba de la posición del manómetro. b) Verifique el valor de la altura con la escala del recipiente y compare con la lectura del manómetro. c) Agregue agua hasta otro valor de altura diferente y compara nuevamente con la lectura del manómetro. d) Haga sus observaciones con respecto a cuando menos cuatro alturas diferentes, antes de que se desborde el fluido.
OBSERVACIONES:
_________ ___ CONCLUSIONES: _____________________________________________________ _________________________
La Variación de la Intensidad de la Presión con el Aparato de Pascal.
Equipo a utilizar : Aparato de Pascal. Pesa.
Fig.3.6 Diagrama descriptivo.
Peso total del agua en el cojín de presión W = Ah
Cuando el momento debido a la presión total sobre el cojín de presión con respecto al pivote sea exactamente igual al momento debido a la fuerza gravitacional de la masa deslizante sobre el pivote entonces el aparato estará balanceado.
Cuando se encuentre el punto de equilibrio, en el tubo “a” marque la altura h con el indicador. Cambie el tubo “b” y “c” respectivamente y llénelos al mismo nivel. Si la intensidad de la presión depende únicamente de la profundidad, cuando cada uno de los otros tubos tenga la profundidad prescrita el instrumento deberá de estar de nuevo en equilibrio, y la ecuación 2.3 se mantiene.
