PROPIEDADES Y FENÓMENOS FISICOS EN MÉCANICA DE FLUIDOS: Branees Campo (1310023), Erika jojoa (1122855), Jenny Escobar (1126788) Universidad del Valle, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería de Alimentos, Mecánica de fluidos, Cali, 16 de febrero de 2016
NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Densidad . OBJETIVOS: -
Determinar como la propiedad de la densidad de los fluidos afecta en la flotabilidad. flotabilid ad. Idear, Diseñar y operar un experimento experiment o para la medición de esta propiedad de los fluidos. fluidos .
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Se requiere realizar la medición de la propiedad de densidad afín a la mecánica de los fluidos.
DESARROLLO DE LAS TAREAS: 1. La densidad es una de las propiedades de la materia que mide el grado de compactación, es decir, la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia, esta se representa con la letra griega ( ).
=
=
(Ecuación 1)
Unidades: S.I.
3
B.G.
3
(Mott, 2006)
La densidad del agua (alrededor de 1000
3
). La densidad varía mucho en los gases, aumentando
casi de forma proporcional a la presión, mientras que en los líquidos es casi constante, por lo tanto, la mayoría de los líquidos se pueden considerar casi “incompresibles”. Para que un cuerpo flote sobre un líquido el cuerpo debe tener menor densidad promedio que la densidad promedio promedio del líquido, cuando esto no se cumple se debe disminuir la densidad promedio promedio del cuerpo o aumentar la densidad promedio del líquido, como se mostró en el video realizado.
2. Las determinaciones de densidad de líquidos y sólidos son realizadas con fines tecnológicos, comerciales, fiscales y científicos. - Toda sustancia, material, liquido, solido, tiene su densidad o su peso específico, esta es una característica que identifica lo que se está analizando, sirve como parte de las pruebas de identificación de materias primas. - Para calcular la cantidad de potencia que se necesita en una bomba para transportar determinado líquido, dependiendo de la distancia y la altura. - La medición de densidad de los líquidos tiene un gran uso para la determinación de la calidad de un producto, un proceso de fermentación, el contenido de alcohol de productos destilados en porcentaje de volumen, volumen, el contenido contenido de azúcar en bebidas bebidas carbonatadas, la calidad calidad lubricantes del petróleo, la composición de productos farmacéuticos, la preparación de pinturas y materiales de recubrimiento. recubrimiento. (Quiminet.com, 2015).
4. Experimento Materiales: Dos huevos, agua, sal, 2 vasos de igual tamaño, 1 cuchara. Procedimiento: En un vaso plástico con 400ml de agua, se deja caer el primer huevo, en el segundo vaso con 400ml 400ml de agua se vierten tres cucharas de sal, se revuelve y se deja caer el segundo huevo.
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5. Datos y resultados: 1. Peso del huevo = 60 g , Densidad del huevo = 2. Sigma-T= 50
Volumen del huevo = 52 3 0,054Kg
5,2X10 −5 m 3
= 1038,46
Kg
m3
3
Densidad del agua con sal = (Sigma-T + 1000) = 1050
3
(Ecuación 2)
6. Evidencia fotográfica
Grafico 1. Montaje del experimento de densidad 7. Se puede observar en el video, que sobre el huevo actúan dos fuerzas, su peso (la fuerza con que lo atrae la Tierra) y el empuje (la fuerza fuerza que hace hacia arriba arriba el agua), el huevo en el agua con sal flota, esto se debe a que cuando la sal se disuelve en el agua, la densidad aumenta, lo que hace que el empuje que sufre el huevo sea mayor y supere el peso del huevo como se muestra en los datos calculados; para el cálculo de la densidad del agua con sal, fue necesario encontrar el grado de salinidad el cual se halló a partir de la gráfica de Sigma-T vs Salinidad de (Circulación (Circulación General G eneral II – II – 4. 4. Propiedades físico-químicas). físico-químicas). (Santander y Castellano. G, 2014) Por el contrario en el vaso que contiene solo agua el huevo se va al fondo, esto se debe a que la densidad del agua es menor que la del huevo.
8. Se debe tener en cuenta la cantidad de sal suministrada para la prueba, ya que si no es la suficiente la densidad del huevo seguiría siendo mayor y esté podría hundirse.
CONCLUSIONES -
-
Cualquier sustancia más densa que el agua se hundirá porque el peso es mayor que el empuje. Si el empuje es mayor que el peso, en este caso, flotará y si son iguales, queda entre dos aguas. El empuje que sufre un cuerpo en un líquido equivalente al peso del líquido desalojado, depende de tres factores: la densidad del líquido en que está sumergido, el volumen del cuerpo que se encuentra sumergido y la gravedad.
BIBLIOGRAFíA - Mott. Robert L. Mecánica de fluidos, universidad de Dayton, sexta edición. 2006. - Quiminet.com, Novedades en la medición de densidad de líquidos. 2015. - Santander J, Castellano G. Fundamentos Fundamentos de mecánica de fluidos, editorial club universitario. universitario. 2014.
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Se requiere realizar la medición de la propiedad de viscosidad afín a la mecánica de los fluidos.
DESARROLLO DE LAS TAREAS: 1. La viscosidad es una medida cuantitativa de la resistencia de un fluido a fluir. Más concretamente, la viscosidad determina la velocidad de deformación del fluido cuando se le aplica un esfuerzo cortante.
= (Ecuación 3) Dónde:
: Esfuerzo cortante [Pa], : Viscosidad [Pa·s], : Velocidad de deformación [s-1] Las unidades de viscosidad más utilizadas utilizadas son los pascales por segundo [Pa·s]. Se debe tener en cuenta que: Además, el sistema cegesimal aún se sigue usando, siendo la unidad de medida el centiPoise [cp]. propiedades reológicas como la viscosidad viscosidad para cálculos cálculos 2. En la industria es necesario saber las propiedades donde se involucren diversos equipos como por ejemplo: Bombas, extrusores, mezcladores, homogenizadores, homogenizadores, intercambiadores intercambiadores de calor, tuberías, etc. y en procesos como: • Formulación para el desarrollo de productos. • Control de calidad en productos intermedios y finales: este contr ol contr ol se realiza en la propia línea de producción. Es determinante para la aceptación de productos como: aperitivos, yogures, dulces, chocolates, cremas, etc. • Estudio de vida en anaquel. • Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios: dich as propiedades son muy importantes a la hora de que un producto sea del agrado del consumidor. • Producción de pinturas: una pintura debe ser esparcida de forma fácil pero sin que escurra. • Producción de productos cosméticos y de higiene corporal: la duración dura ción de una laca sobre el pelo, la distribución de la pasta de dientes por toda la boca, la forma de cómo se esparce una crema, etc (Navas, 2006) • Producción Producción de aceites para la industria automotriz como: Aceites de motor, motor, fluidos para la unidad motriz, lubricantes lubricantes industriales. industriales.
4. Experimento Materiales: Materiales: 1 bandeja lisa, 2 yogures, 1 termómetro, 1 cronómetro. Procedimiento: Primero se pone un yogur en un refrigerador por 45 minutos y otro a temperatura ambiente, luego se registran las dos temperaturas respectivamente, sobre una bandeja lisa con cierto grado de inclinación se deslizan los yogures al mismo tiempo y se registran los tiempos hasta llegar al límite de la bandeja.
5. Datos y resultados: Yogurt
(Tº)
Tiempo (s)
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6. Evidencia fotográfica
Grafico 2. Montaje del experimento de viscosidad. que el yogur yogur que se encuentra encuentra a temperatura temperatura ambiente ambiente es más rápido rápido que 7. Se puede observar que el frío, ya que el de mayor temperatura presenta menor cohesión entre las moléculas y como resultado de esto tenemos tenemos una menor viscosidad viscosidad comprobando que es un un fluido no newtoniano como la mayoría de los alimentos datos, al tomar tomar mal el tiempo, tiempo, o las 8. Pueden existir errores significativos en la toma de datos, temperaturas.
CONCLUSIONES -
La viscosidad viscosidad depende de las interacciones de las moléculas de las que están asociadas a la temperatura y la presión, determinándose que está depende en menor medida de la presión y en mayor medida de la temperatura.
BIBLIOGRAFíA - Navas, J. S. Fundamentos de Reologiá de Alimentos. Cali, Valle, Colombia: JSR ebooks. 2006.
NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Calor específico. OBJETIVOS: -
Demostrar la resistencia resistencia de un material al calor calor a partir de su calor calor específico. específico. Idear, Diseñar y operar un experimento para la medición de esta propiedad de los fluidos. fluidos .
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Se requiere realizar la medición de la propiedad del color específico afín a la mecánica de los fluidos.
DESARROLLO DE LAS TAREAS: 1. El calor específico es una magnitud física, que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad. ΔT (Ecuación 4)
donde: Q: es el calor ganado o perdido en Julios o Kilojulios (KJ)
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con los datos de las tablas preestablecidas. - La fabricación de un termo en donde se guardan distintos líquidos como el café, la fabricación de materiales térmicos para aislar la temperatura de un horno o el aislante térmico de una casa, además da información acerca de muchos materiales como metales para determinar su trasmisión de calor y así obtener resultados óptimos de pérdida o ganancia de calor. - En fisicoquímica, destilación, balance de materia y energía, generadores de vapor, evaporación.
(Cengel, 2006)
4. Experimento Materiales: Materiales: Tres globos de diferentes colores, arena, agua, 3 velas. Procedimiento: Se llena un globo con arena, el segundo con aire y el tercero con agua, después se ponen las velas en una base, cada una debajo de cada globo y se encienden las velas.
5. Datos y resultados: Material
Cantidad (g)
Globo con aire
Calor especifico (cal/g ºC)
Tiempo en explotar el globo (min)
0,24
0,08
Globo con arena
50
0,84
1,2
Globo con agua
50
1
3,3
6. Evidencia fotográfica
Grafico 3. Montaje del experimento de calor específico. 7. Como se puede evidenciar en el experimento, el primer globo que explotó fue el globo con aire porque se pone muy caliente, luego el globo con arena y por último el globo con agua, este último fue necesario poner más velas en la base para añadir más calor al globo, debido a que cuando el agua llega a los 100ºc tiene que absorber mucha más energía para llegar a vapor y por eso tarda más en explotar. Los tiempos de resistencia de cada sustancia empleada se reflejo de acuerdo a su calor específico siendo el globo con agua con el tiempo más alto y mayor calor especifico.
8. dentro de los posibles errores, está el tiempo de r esistencia de las diferentes sustancias que contenía los globos, ya que el espacio donde se realizó el experimento presentaba mucha brisa.
CONCLUSIONES
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NOMBRE DE LA PRÁCTICA: Flujo en un orificio. OBJETIVOS: -
Demostrar a partir de la ecuación de Bernoulli, Bernoulli, la relación entre la presión, la velocidad y altura para el flujo de un fluido ideal. Idear, Diseñar Diseñar y operar un un experimento experimento para la medición medición de este fenómeno fenómeno para los fluidos.
-
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Se requiere realizar la medición del fenómeno de flujo en un orificio afín a la mecánica de los fluidos.
DESARROLLO DE LAS TAREAS: 1. Orificio es toda abertura realizada o existente en un depósito, por debajo del nivel superior del líquido, ya sea en la pared lateral o en el fondo. Para hacer una clasificación de los orificios se pueden tener en cuenta algunas características importantes de los mismos como: Según el espesor de la pared, según el nivel de la superficie libre, según el nivel del líquido aguas abajo. La ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea corriente. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado. La siguiente ecuación conocida como ecuación de Bernoulli consta de los siguientes términos.
(Alquerquez J., 2011) V2 2g
+
P
ρg
+ z = Constante (Ecuación 5)
V= velocidad del fluido en la sección considerada. g= aceleración gravitatoria, z= altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia, P= presión a lo largo de la línea de corriente, = densidad del flujo. Aplicaciones con descarga descarga de un fluido incompresibl incompresible: e: 2. Aplicaciones En la industria tener este conocimiento es necesario a la hora de construir depósitos de descarga, sea esta descarga vertical vertical o de descarga horizontal horizontal como en una represa, conocer conocer la velocidad de salida es muy importante, ya que sabiendo esto se puede saber con qué velocidad se moverán las turbinas.
4. Experimento Materiales: 1 Vaso, agua con colorante rojo, tijeras, 1 regla y un marcador. Procedimiento: En un vaso plástico se hacen tres agujeros; el primero a 3 cm de la base, el segundo a 6 cm y el tercero a 9 cm. Al tener los tres agujeros hechos en el recipiente, se adiciona el gua de color rojo en un flujo constante.
5. Datos y resultados: H
Altura desde Alto total- h la base (m) (m)
h (m)
Velocidad (v) (m/s)
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6. Evidencia fotográfica
Grafico 4. Montaje del experimento de flujo en un orificio. 7. Al tener los tres agujeros hechos en el recipiente se puede ilustrar de manera fácil que la velocidad con la que sale el agua por cada orificio depende de la altura respecto a la base en la que están ubicados, no depende de la presión ya que los tres están sometidos a la misma presión que es la presión atmosférica, esto se comprueba por medio de la siguiente ecuación:
(Ecuación 6)
8. Se pueden encontrar posibles errores en la toma de datos, al mantener tratar de mantener fijo el caudal de llenado del vaso.
CONCLUSIONES
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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: Se requiere realizar la medición del fenómeno del efecto venturi afín a la mecánica de los fluidos.
DESARROLLO DE LAS TAREAS: consiste en que la corriente corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado 1. El efecto venturi consiste disminuye la presión del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por un área de transversal menor a la del conducto, conducto, esto se explica explica por el principio principio de continuidad continuidad de masa que establece establece que toda la masa que entra de un lado lado del recinto debe debe salir por el otro, otro, si el caudal de un un fluido es constante pero la sección disminuye necesariamente la velocidad aumenta, la presión varía en la proximidad de la dirección estrecha, así colocando un manómetro o instrumento medidor de presión en la garganta que se puede medir la caída de la presión y calcular el caudal instantáneo. Aplicaciones del efecto Venturi: Venturi: 2. Aplicaciones - Hidráulica: La depresión generada en un estrechamiento al aumentar la velocidad del fluido, se utiliza frecuentemente para la fabricación f abricación de máquinas que proporcionan proporcionan aditivos en una conducción hidráulica. Es muy frecuente la utilización de este efecto "Venturi" en los mezcladores del tipo Z. para añadir espumógeno en una conducción de agua para la extinción. - Motor: El carburador aspira el carburante por efecto Venturi, mezclándolo con el aire (fluido del conducto principal), al pasar por un estrangulamiento. estrangulamiento. - Hogar: En los equipos ozonificadores de agua.
4. Experimento Materiales: Dos botellas plásticas de igual tamaño, un tubo de pvc 12cm, una manguera, 2 jeringas, cinta aislante, agua. Procedimiento: armar el equipo venturi, que consiste en unir dos botellas plásticas de forma horizontal por medio de un tubo de pvc, una vez hecho esto, instalar la primera jeringa en la mitad del tubo de pvc y la otra jeringa en la botella plástica donde se va a suministrar el flujo por medio de una manguera, después se realiza un pequeño orificio a la segunda botella plástica a una altura media por el lado de la base, por ultimo conectar la manguera a un ducto de agua.
5. Datos y resultados: Altura jeringa #1 área mayor (m)
Presión #1 (pa)
Altura jeringa #2 #2 área menor (m)
Presión #2 (pa)
Caída de presión (pa)
783,2
0,05
489,5
293,7
0,08
6. Evidencia fotográfica
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8. Dentro de los errores evidenciados en el experimento, fue una pequeña fuga en la sección de entrada del caudal y al no mantener constante el flujo del fluido, ocasionó que en algunos momentos del experimento no se evidenciaría la caída de presión.
CONCLUSIONES -
La disminución de la presión se debe al aumento en la velocidad del fluido, es decir si aumenta la velocidad, disminuye la presión.
ENLACE VIDEO https://youtu.be/AUWocc7wtt0