ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA Y PETRÓLEOS JULIO 2013 – 2013 – ENERO 2014
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
Grupo Legión Petrolera Integrantes: Gordillo Miguel Mora Katherine Salazar Darwin Vasco Andrés
Práctica N.- 1 Título: “
Densidad y viscosidad
”
Fecha y hora de visita al laboratorio: 07 de agosto del 2013 – 10:00 am Fecha y hora del coloquio: Fecha y hora de realización de la práctica: 20 de agosto del 2013 – 09:00 am Fecha y hora de entrega del informe:
Mecánica de Fluidos
Índice 1.- Objetivos ........................................................................................ 3 1.1.- Objetivo general ...................................................................................................................... 3 1.2.- Objetivos Específicos:.............................................................................................................. 3
2.- Teoría general ................................................................................ 4 3.- Reconocimiento del equipo: ............................................... ............ 4 4.- Teoría aplicada al equipo ............................................................... 5 5.- Cuadros de datos ........................................................................... 8 6.- Ejemplo de cálculo ......................................................................... 9 7.- Cuadro de resultados ....................................................................10 8.- Gráfico...........................................................................................11 9.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................11 10.- Anexos ........................................................................................12 11.- Bibliografía ..................................................................................13
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Mecánica de Fluidos
1.- Objetivos
1.1.- Objetivo general Determinar el valor de la viscosidad de algunos fluidos como: agua, diésel y otro fluido (desconocido), además comparar los resultados con los valores que se encuentran tabulados.
1.2.- Objetivos Específicos: Tomar el tiempo real de caída de las esferas en el viscosímetro y
compararlo con el tiempo teórico para encontrar el error posible. Calcular la masa en forma teórica y comparar los resultados con la obtenida
experimentalmente para determinar el error.
Identificar los instrumentos necesarios previamente a la realización de la práctica de laboratorio.
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Mecánica de Fluidos
2.- Teoría general
Viscosidad Viscosidad cinemática Viscosidad dinámica Densidad de los Fluidos Ley de Stokes Flujo Laminar y Flujo Turbulento Número de Reynolds
3.- Reconocimiento del equipo:
Fluidos: agua, diésel, desconocido Viscosímetro de caída de bola Cronómetro 5 esferas Balanza digital Flexómetro Vernier Calipers, apreciación 0.05 mm Pipetas
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Mecánica de Fluidos
4.- Teoría aplicada al equipo La esfera se mueve bajo la acción de las siguientes fuerzas: el peso y el empuje al estar el cuerpo sumergido en un fluido, y una fuerza de rozamiento que es proporcional a la velocidad de la esfera (suponemos que el flujo se mantiene laminar). El peso es el producto de la masa por la aceleración gravitacional. La masa es el producto de la densidad del material por el volumen de cada esfera, así tenemos:
Fr Empuje
W (peso)
De acuerdo con el principio de Arquímedes, el empuje es igual al producto de la densidad del fluido por el volumen del cuerpo sumergido, y por la aceleración de la gravedad.
La fuerza de rozamiento es proporcional a la velocidad, y su expresión se denomina ley de Stokes. Para que un fluido cumpla con esta ley, se debe establecer que debe ser:
-
Régimen laminar(movimiento ordenado de las partículas) Flujo viscoso (presenta oposición al movimiento) Bajos números de Reynolds(relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional)
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Mecánica de Fluidos
Esta ley solo sirve para partículas esféricas pequeñas que se mueven a velocidades relativamente bajas. Se la expresa de la siguiente manera:
Donde
es la viscosidad del fluido.
Con éstas relaciones podemos expresar la ecuación del movimiento al hacer un análisis de fuerzas:
De aquí podemos despejar la velocidad límite que alcanzará el cuerpo dentro del fluido, tomando en cuenta que la aceleración
( ) Además podemos obtener, mediante una integración simple la velocidad de la esfera en función del tiempo. Transformamos la ecuación del movimiento en:
Considerando que
– ∫ ∫
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Mecánica de Fluidos
Obtenemos
Donde
⁄
Esta ecuación nos dice que se alcanza la velocidad límite v lim después de un tiempo teóricamente infinito. Si representamos v en función del tiempo t la gráfica tienen una asíntota horizontal en v=v lim
Dada la velocidad en función del tiempo, podemos obtener mediante otra integración la posición x del móvil en función del tiempo t . Suponemos que la esfera parte del origen en el instante inicial.
∫
Se obtiene:
⁄ Dado que la exponencial tiende a cero rápidamente a medida que transcurre el tiempo, vemos que el desplazamiento x del móvil es proporcional al tiempo t.
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Mecánica de Fluidos
5.- Cuadros de datos
Esfera
Diámetro (m)
1 (roja-plástico )
0.0126
2 (azul-vidrio)
0.01575
3 (vidrio- transp.)
0.0146
4 (acero grande)
0.0121
5 (acero)
0.0072
Masa (kg)
Volumen ( )
Densidad (kg/ )
955.109 2933.985 1841.620 2156.33 5117.707
Temperatura de 20°C Fluido
[Kg/m ]
µ [Kg/(m*s)]
Agua
998,23
0,001102
Diesel
680
0,000673
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Desconocido
Datos del viscosímetro
Unidad
Longitud total
1.38(m)
Diámetro
0.038(m)
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Mecánica de Fluidos
6.- Ejemplo de cálculo Procedimiento
VISCOSIDAD:
(– ) ⁄ – Tiempo en recorrer 1.38 m:
Calculo del error:
| |
DENSIDAD:
Calculo del error:
||
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Mecánica de Fluidos
7.- Cuadro de resultados
Fluido: Agua
Diámetro (m)
Desplazamiento (m)
Tiempo (s)
0.0126
1.38
0.391
3.5235
0.01575
1.38
0.00504
237.19
0.0146
1.38
0.0156
88.695
0.0121
1.38
0.0165
83.702
0.0072
1.38
0.0131
105.5364
Diámetro (m)
Desplazamiento (m)
Tiempo (s)
0.0126
1.38
0.039
35.358
0.01575
1.38
0.00304
452.65
0.0146
1.38
0.00688
200.455
0.0121
1.38
0.00788
174.986
0.0072
1.38
0.00741
186.2396
Diámetro (m)
Desplazamiento (m)
Tiempo (s)
0.0126
1.38
0.01575
1.38
0.0146
1.38
0.0121
1.38
0.0072
1.38
Velocidad límite (m/s)
Fluido: Diesel Velocidad límite (m/s)
Fluido: Desconocido Velocidad límite (m/s)
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Mecánica de Fluidos
8.- Gráfico
9.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 9.1.- La viscosidad es una propiedad importante, debido a que permite describir y comprender el comportamiento de un fluido cuando se analiza el movimiento de este, mismo que puede ser afectado por diversos esfuerzos, entre ellos un esfuerzo cortante.
9.2.- La viscosidad es directamente proporcional a la densidad del fluido, es decir, mientras más viscoso sea el fluido más denso es, y mientras menos viscoso sea su densidad será menor.
9.3.- La viscosidad es la oposición de los fluidos a fluir, entonces es afectada por algunos factores tales como son: la temperatura y en poca proporción por la presión.
9.4.- Tener en cuenta las condiciones de temperatura a las cuales son tomados los datos, ya que como se mencionó anteriormente la temperatura es muy influyente al momento de describir la viscosidad de un fluido.
9.5.- Se deben cronometrar los tiempos lo más exacto posible cuando la esfera viaja a través del fluido que se estudia cuando esta pasa por las marcas establecidas en el viscosímetro.
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Mecánica de Fluidos
10.- Anexos
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Mecánica de Fluidos
11.- Bibliografía www.widman.biz/Seleccion/viscosidad.html tplaboratorioquimico.blogspot.com/2009/02/viscosidad.html#.UhJbdNJyGd8 www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/viscosidad/viscosidad.html www.profesorenlinea.cl/fisica/Densidad_Concepto.htm concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materi
ales/propiedades/densidad.htm www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/densidad/densidad.htm es.scribd.com/doc/55928310/PRACTICA-DE-VISCOSIDAD-ABSOLUTA-Y-
CINEMATICA-hjhdhjdhj www.predic.com/mediawiki/index.php/Viscosidad_Cinem%C3%A1tica bohr.inf.um.es/miembros/moo/p-flr.pdf es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Stokes fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/flujolaminar/fl
ujolaminar.html fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/conceptosbasicosmfluidos/flujotturbulent
o/flujoturbulento.html www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4070002/contenido/viscosidade
s.html www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/viscosidad/viscosidad.html www.vaxasoftware.com/doc_edu/fis/viscosidad.pdf es.scribd.com/doc/6560452/El-Combustible-Diesel-CAT
Nota: Todas las referencias bibliográficas fueron consultadas en presencia de todos los integrantes del grupo.
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