Departamento de Ingeniería Química, ESIQIE, IPN. Práctica: Propiedades de los fluidos. En esta practica se determinaron parametros como la viscosidad ...
*quipo + 'aterial utilizado en la práctica# ............................................................9 Material ............................................................................................................. 9 *quipo............................................................................................................... 9
Conceptuales a# Conocer al.unas de las propiedades físicas que caracterizan un fluido líquido + el efecto de la te'peratura en stas# Viscosidad4 densidad + .ravedad específica# %# $%tener la constante de los viscosí'etros tipo Ubbelohde# Procedi'entales a# 5levar a ca%o el desarrollo e1peri'ental para hacer las 'ediciones que proporciones los datos necesarios para o%tener la viscosidad + densidad de los fluidos ne6tonianos# %# Mane&ar el densí'etro para o%tener las curvas de densidad contra te'peratura 7efecto de la te'peratura8# Actitudinales a# (o'entar la participaci!n activa del alu'no en for'a cola%orativa del tra%a&o en equipo# %# Potenciar las ha%ilidades de recopilaci!n de infor'aci!n %i%lio.ráfica + el análisis de la 'is'a#
2# Consideraciones te!ricas (luido# Para clasificar a los 'ateriales que se encuentran en la naturaleza se pueden utilizar diversos criterios# )esde el punto de vista de la in.eniería4 uno de los 'ás interesantes lo constitu+e aquel que considera el co'porta'iento de los ele'entos frente a situaciones especiales# )e acuerdo a ello se definen los estados %ásicos del s!lido4 plástico4 fluidos + plas'a# )e aquí la definici!n que nos interesa es la de los fluidos4 en la cual se clasifica en líquidos + .ases# 5a clasificaci!n de fluidos 'encionada depende funda'ental'ente del estado + no del 'aterial en si# )e esta for'a lo que define al fluido es su co'porta'iento + no su co'posici!n# 5os fluidos reaccionan de una 'anera característica a las fuerzas# i se co'para lo que ocurre a un s!lido + a un fluido cuando son so'etidos a un esfuerzo cortante o tan.encial se tienen reacciones características que se pueden verificar e1peri'ental'ente + que per'iten diferenciarlos# Con %ase al co'porta'iento que desarrollan los fluidos se definen de la si.uiente 'anera: 9(luido es una sustancia que se defor'a continua'ente %a&o la aplicaci!n de un esfuerzo cortante# *l án.ulo de defor'aci!n ;4 posee una velocidad de au'ento proporcional a la 'a.nitud del esfuerzo aplicado# *n esta situaci!n se dice que la sustancia flu+e#
Propiedades de los fluidos# 5os fluidos4 co'o todos los 'ateriales4 tienen propiedades físicas que per'iten caracterizan + cuantifican su co'porta'iento así co'o distin.uirlos de otros# Al.unas de estas propiedades son e1clusivas de los fluidos + otras son típicas de todas las sustancias# Características co'o la viscosidad4 tensi!n superficial + presi!n de vapor solo se pueden definir en los líquidos + .ases# in e'%ar.o la 'asa específica4 el peso específico + la densidad son atri%utos de cualquier 'ateria#
Propiedades intensivas y extensivas.
5as propiedades intensivas son independientes de la 'asa de un siste'a co'o la te'peratura4 la presi!n + la densidad# 5as propiedades e1tensivas son aquellas cu+os valores dependen del ta'a=o o e1tensi!n del siste'a# 5a 'asa total4 el volu'en4 + la cantidad total de 'ovi'iento son e&e'plo de propiedades e1tensivas# 5as propiedades e1tensivas por unidad de 'asa se lla'an propiedades específicas#
)ensidad# e define co'o 'asa por unidad de volu'en4 está definida por la si.uiente ecuaci!n:
ρ
=
m v
us unidades en el iste'a Internacional son >.?' 3#
Volu'en específico# *s el inverso de la densidad + se define co'o el volu'en ocupado por la unidad de 'asa del fluido4 se encuentra definido por la si.uiente ecuaci!n:
γ = ρg
us unidades en el iste'a Internacional son @?' 3#
Gravedad especifica#
5a ta'%in 9densidad relativa4 es la relaci!n entre el peso específico de un volu'en de fluido + el peso específico del 'is'o volu'en de a.ua en condiciones estándar de presi!n + te'peratura# S
=
γ γ a
Viscosidad 5a viscosidad es una propiedad distintiva de los fluidos# *sta li.ada a la resistencia que opone un fluido a defor'arse continua'ente cuando se le so'ete a un esfuerzo cortante# *sta propiedad es utilizada para distin.uir el co'porta'iento entre fluidos + s!lidos# Ade'ás los fluidos pueden ser en .eneral clasificados de acuerdo a la relaci!n que e1ista entre el esfuerzo de corte aplicado + la velocidad de defor'aci!n#
Viscosidad dinámica.
5a viscosidad diná'ica o a%soluta4 deno'inada 9# i se representa la curva de fluidez 7esfuerzo cortante contra velocidad de defor'aci!n8 se define ta'%in co'o la pendiente en cada punto de dicha curva#
τ μD =
)onde: τ B *sfuerzo cortante PaD
B Viscosidad Pa sD )B Velocidad de defor'aci!n s E"D
5as unidades de viscosidad 'ás utilizadas son los pascales por se.undo Pa sD# Para el siste'a ce.esi'al se usa la unidad de 'edida el centiPoise cpD# 5a conversi!n de unidades entre los dos siste'as es: " cp B F#FF" Pa s " Poise B " .?c' s
Viscosidad aparente.
5a viscosidad aparente 9 se define co'o el cociente antre el esfuerzo cortante + la velocidad de defor'aci!n# *ste tr'ino es el que se utiliza al ha%lar de 9viscosidad para fluidos no ne6tonianos# Viscosidad cinemática.
elaciona la viscosidad diná'ica con la densidad del fluido utilizado# 5as unidades 'ás utilizadas de esta viscosidad son los centisto>es cstD# " sto>e B "FF centisto>es B c' 2?s u ecuaci!n es la si.uiente:
ν
μ ρ
=
iendo: ν
B Viscosidad cine'ática#
μ
B Viscosidad diná'ica#
ρ
B )ensidad del fluido#
3# *quipo + 'aterial utilizado en la práctica# Material • • • • • • •
3 Pro%etas de vidrio 2-F '5# " Pro%eta de vidrio de -FF '5# 2 Vasos de precipitado de -FF '5# " 0er'!'etro# 3 Picetas de 2FF '5# " Crono'etro# " Herin.a de#-F '5#
*quipo •
•
2 Viscosí'etros capilares <%%elohde# o A.ua Alcohol o Aceite de silic!n
3 densí'etros de vidrio con los si.uientes ran.os de 'edici!n# o F#J F#K F#K F#L o F#L "#F o "#F "#" o
,# Procedi'iento )ensidad "# Colocar en las pro%etas de 2-F '54 las 'uestras pro%le'a 7a.ua corriente4 etanol + aceite de silic!n8# 2# Medir la .ravedad específica de cada fluido utilizando los densí'etros de vidrio# Pro%ar los densí'etros de diferentes ran.os hasta encontrar el que corresponda a la .ravedad especifica del fluido# 3# Anotar la lectura o%tenido de .ravedad específica de cada fluido en la ta%la#
Viscosidad "# )e acuerdo con el esque'a del viscosí'etro capilar de tipo <%%elohde 'edir el tie'po de caída de cada fluido para deter'inar su viscosidad# 2# *ste viscosí'etro consta de tres ra'as 7"4 2 + 38 + un recipiente 7,8 que suele tener una capacidad de unos -F '5# Cada ra'a tiene su propia utilidad: 5a 'as ancha 7"8 sirve para introducir el fluido al que se le deter'inara la viscosidad4 la ra'a central 728 contiene el capilar por donde se succiona la 'uestra + la tercera 738 pone la %ase del capilar en contacto con la at'osfera i.ualando la presi!n e1terior de los e1tre'os del capilar# 3# Para conse.uir que el líquido ascienda por el capilar4 se tapa la ra'a 738 + se succiona por la ra'a capilar 1 2 'ediante una &erin.a o una perilla 3 de 3 vias#
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-# )ia.ra'a de %loques
)ensidad Colocar muestras Agua, Etanol y aceite de silicn
Con cuidado de no de"ar demasiada altura Colocar el dens!metro
#irar el dens!metro
En el seno del l!$uido
Es%erar a $ue se esta&ilice En el seno del l!$uido
Cam&iar )iscos!metro *i el )iscos!metro se +unde o ota y +ace im%osi&le la lectura 'omar lectura
(egistrar datos
Viscosidad A tra)s /1 +asta $ue $uede entre las dos marcas de -erter la muestra en elde )iscos!metro A /4 ue tarda en %asar la muestra d edir tiem%o Cerrar el oricio de /3
As%irar la muestra a tra)s de /2 asta llenar a /7
i&erar el oricio /3 y /2
A
/# 0a%las de datos e1peri'entales# )ensidad (luido
Conclusiones *n esta práctica se de'ostr! que la densidad + la viscosidad no son la 'is'a propiedad4 + que sus valores pueden variar independiente'ente uno del otro# )e la 'is'a for'a co'o se puede o%servar en la ta%la de resultados la densidad se pudo deter'inar de 'anera precisa4 sin 'ucha diferencia del valor teorico puesto que4 no se de%en llevar a ca%o cálculos + no ha+ .ran dificultad al 'ane&ar los densí'etros# in e'%ar.o en los resultados de la viscosidad4 se puede o%servar una diferencia 'a+or respecto a los datos te!ricos4 es decir hu%o 'a+or error4 ese error puede de%erse a varios factores4 por e&e'plo4 para la viscosidad del a.ua se us! un capilar que no lo.ra en la 'edici!n superar los "FF se.undos para el paso de una 'arca a la otra4 que es lo reco'endado para este tipo de viscosí'etros4 + otro factor que puede a=adir 'a+or error es que al ser la diferente la percepci!n de cada analista al 'o'ento de llevar a ca%o la e1peri'entaci!n derivo en diferencias de tie'pos para cada caso# A pesar de esto los valores o%tenidos son satisfactorios + se lo.raron los o%&etivos planteados para esta practica#
i%lio.rafía A.udelo4 C# A# 72FF,8# Introducción a la mecanica de fluidos. o.ota4 Colo'%ia:
Mott4 # 5# 72FF/8# ecanica de fluidos. M1ico: Pearson *ducaci!n#