Propiedades de los Fluidos Mauricio Alvarez, Miguel Cera, Cristian Orozco, Yeins Valdez Laboratorio de Mecanica de Fluidos Universidad Del Atlantico Ingenieria Mecanica
Resumen La gr gran an ma mayo yorí ría a de ob obje jeto tos s ob obse serv rvad ados os en la na natu tura rale leza za po pose seen en ci cier erta tas s características o propiedades que los acen di!erente o lo asemejan a los dem"s# dicas propiedades pueden ser !ísicas $su !orma% su movimiento etc&' y químicas $su composici(n% su estado% su temperatura% etc&'# )ntre las propiedades que nos permiten di!erenciar un objeto de otro se encuentra la densidad y la masa% que son propiedades generales de la materia& La densidad se de*ne como una magnitud magnitud escalar que proviene de la relaci(n entre la masa contenida en un determinado volumen de una sustancia% la cual es una de las caracter característ ística icas s m"s imp import ortant antes es de los +ui +uidos dos## Por lo cua cuall en la e,periencia de laboratorio realizada se procedi( a calcular la magnitud de esta propiedad en di!erentes tipos de +uidos a trav-s del uso del densím den símetr etro$i o$inst nstrume rumento nto de med medici ici(n (n que sir sirve ve par para a det deter ermin minar ar la den densid sidad ad . relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen& ' y de manera analítica&
Abstract /e vast majority o! objects observed in nature possess certain caracteristics or properties tat ma0e it di1erent or similar to oters# tese properties can be pys p ysic ical al $i $its ts s sap ape% e% mo moti tion on et etc& c&'' an and d c cem emic ical al $c $com ompo posi siti tion on%% co cond ndit itio ion% n% temperature% etc&'# Among te properties tat allo2 us to distinguis one object !rom anoter is te density and mass% 2ic are general properties o! matter& matter& Density is de*ned as a scalar tat is !rom te ratio o! te mass contained in a given volume o! a substance% 2ic is one o! te most important caracteristics o! te +uids +uids## /er /ere!or e!ore e te e,perience e,perience on labo laboratory ratory proceeded proceeded to calc calculate ulate te magnit mag nitude ude o! ti tis s pr prope operty rty in di1 di1er erent ent types o! +ui +uids ds tr troug oug te use o! te ydrometer $measurement instrument used to determine te relative density o! liquids 2itout *rst calculating its mass and 3olumen&.' and analytically& analytically&
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1. Ob Obje jeti tivo vos s
5omprender la naturaleza de los +uidos& Determinar propiedades de los +uidos de manera e,perimental& Identi*car Identi *car relaci(n relaci(n entre la densi densidad% dad% volumen espec especi*co% i*co% peso espec especí*co í*co o gravedad especí*ca y densidad relativa& Utilizar el densímetro para comparar la lectura observada en este% con valores te(ricos o e,perimentales& 5alcular valores de densidad% volumen especi*co% peso especí*co o gravedad especí*ca y densidad relativa% usando las !ormulas dadas en la teoría&
2. Equ Equipos ipos y/o y/o Materi Materiale ales s
Densímetro Probeta $664 ml' 7eringas $68 ml' Mercurio )tilenglicol 9ustancia : Aceite 6/ Agua ;licerina Alcool
3. Temas Relaci Relacionado onados s Fluidos% volumen% volumen especi*co% peso% peso especí*co% densidad relativa&
. Mar Marco co Te!r Te!rico ico .1. . 1. "l "lui uido do Un +uido es cualquier sustancia que no puede mantener una de!ormaci(n% es decir% aquella materia que o!rece peque
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normal a la super*cie% ya que cualquier componente tangencial ejercería una !uerza sobre -l y este respondería de!orm"ndose asta que desapareciera dica !uerza&
.2. . 2. #e #ens nsid idad ad La densidad de una sustancia se de*ne como la relaci(n entre la masa y el volumen de un sistema en un estado&
ρ=
=
Ecuación ( 1 )
Las unida unidades des de masa en
son norma normalmente lmente gramo gramos s o 0ilo 0ilogramo gramos s $en el 9I' o
libras=masa $en el U959'& Así% las unidades típicas para el volumen especí*co en el 9I
podrían ser
, 3
& )n unidades del U959% le elecci(n es n ormalmente
m
3
3
.
.3.. #en .3 #ensid sidad ad Relati Relativa va La densidad relativa de una sustancia se de*ne como la relaci(n entre la densidad de un sistema y la densidad del agua a la temperatura dada y a u na presi(n de . atm&
ρrel= Ecuación
2
)s m"s !recuente encontrar las densidades relativas de los s(lidos y líquidos en libros de manuales% que sus densidades& La densidad del agua a > ?5 est" cercana a
1
% .888
, 3
3
13600
, 3
o
850
m
o
62.4
m 3
% mie ient ntra ras s que la del me merrcu curi rio o
13.6
% 3
& 5abe resaltar que la densidad relativa es unidimensional&
3
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.. $olum olumen en Espe Espec%&co c%&co )l volumen especí*co de una sustancia sust ancia se de*ne como la relaci(n entre el volumen y la masa de un sistema en un estado# Así% pues es el inverso a la densidad&
v=
=
=
Ecuación ( 3 )
Las unida unidades des de masa en
son norma normalmente lmente gramo gramos s o 0ilo 0ilogramo gramos s $en el 9I' o
libras=masa $en el U959'& Así% las unidades típicas para el volumen especí*co en el 9I
m cm ,
podrían ser
& )n unidades del U959% le elecci(n es n ormalmente
.
.'.. (es .' (eso o Espe Espec%& c%&co co )l peso especí*co de una sustancia se de*ne como la relaci(n entre el peso y el volumen de un sistema en un estado&
ω=
=
=
( )
= ρ∗ g Ecuaci Ecuación ón 4
Donde m% es la masa del sistema y g es la gravedad&
Unidades del sistema Internacional
% 3
Unidades sistema americano
f
%
f 3
f 3
.). . ). #e #ens ns%m %met etro ro )l densímetro o Bidr(metro es un instrumento usado Para determinar la densidad y la concentraci(n de líquidos y disoluciones e,isten en la industria los are(metros y los den densím símetr etros% os% que son uno unos s +ot +otado adore res s de vid vidrio rio las lastra trados dos co con n pe perdi rdigon gones es de
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plomo en la parte in!erior& )n la parte superior% llevan una escala graduada y esta graduaci(n es di!erente segCn vaya a ser su uso&
Figura 1 - Densímetro1
9e lla llaman man alc alco( o(met metro ros s a lo los s de dens nsím ímetr etros os de dest stin inad ados os a me medi dirr ri riqu quez ezas as alco( alc o(lic licas as por el val valor or de la den densid sidad& ad& Dan di dire recta ctament mente e el por porcen centaj taje e de alcool en volumen& Los ole( ole(metr metros os si sirv rven en pa para ra me medi dirr de dens nsid idad ades es de ac acei eite tes& s& 9u es esca cala la es est" t" graduada de 48 a 8% correspondiendo a densidades desde 8%E8 a 8%G8 respectivamente& Los sacar(metros est"n destinados a medir riquezas de las soluciones acuosas de sacarosa& ),isten varias escalas& Por ejemplo ;rados Hri, que indican el . en peso de sacarosa disuelta a la temperatura dada en el momento de la medi me dici ci(n (n&& ;r ;rad ados os Ha Hate tes% s% gr grad adua uado dos s pa para ra me medi dida das s am amer eric ican anas as%% da dan n la concentraci(n en libras por barril $@6 galones'& Bay una !(rmula para pasar de grados Hri, a Hates& Los salin(metros son utilizados para medir riquezas de soluciones acuosas de cloruro s(dico& Los lact(metros se utilizan para medir la densidad de la lece& La escala de los are(metros Heaum- se basa en considerar el valor de .8 H- a la densidad de una disoluci(n de Ja5. en agua al .8 y el valor de 8 H- al agua destilada& ),isten unas !(rmulas de conversi(n de H- en densidades que se citan m"s adelante&
/ambi-n ay densímetros electr(nico /ambi-n electr(nicos s que est"n compuestos por medios sensores% un tra transd nsduct uctor or di! di!er erenc encial ial%% un pr proc ocesa esador dor ele electr ctr(ni (nico co de se< se
.
http://www.alquimialab.com/portal/index.php/termometros-y-densimetros
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'. #is #ise*o e*o E+pe E+perim riment ental al Para el desarrollo de esta e,periencia se izo unos de los equipos y materiales desc de scri rito tos s an ante teri rior orme ment nte& e& )n es este te la labo bora rato tori rio o se ob obtu tuvi vier eron on me medi dida das s de la las s prop pr opie ieda dade des s de lo los s +u +uid idos os en nu nues estr tro o ca caso so se tr trat at( ( de la de dens nsid idad ad y ot otra ras s propiedades derivadas derivadas del valor de esta% cabe aclarar que se consigui( a trav-s de la medici(n directa de la masa o de un volumen concreto de la sustancia a e,aminar o con el uso de un u n densímetro& )n el laboratorio se encontraron diversos tipos de densímetros% con di!erentes rangos o escal escalas% as% los cuale cuales s perm permiten iten e,aminar e,aminar gran cantidad cantidad de tipos de +uido +uidos% s% como se e,plic( anteriormente& )n la e,periencia se utilizaron densímetros para líquidos de densidad superior o ligeramente in!erior a la del agua& Los +uidos analizados en esta e,periencia !ueron Mercurio% )tilenglicol% 9ustancia :% Aceite 6/% Agua% Alcool& Las densidades de estas sustancias !ueron consultadas previamente para comparar con las medidas obtenidas# para obtenerlas se realiz( el siguiente procedimie procedimiento nto
Figura 2 - ipos de Densímetros
Figura ! - "eali#ando la medici$n
.& 9e toma una una probeta probeta de .88 .88 o 648 ml y se lava lava per!ecta per!ectamente& mente& 6& 9e eli elige ge un densímetr densímetro o y se introduce introduce con con cuidado cuidado en la probeta probeta&& @& 9i se observa observa que al soltarlo soltarlo se va acia acia el !ondo% !ondo% se coge% coge% se limpia limpia y se seca y se toma to ma ot otro ro de densí nsíme metr tro o qu que e mi mida da de densi nsida dade des s ma mayo yore res& s& As Asíí a ast sta a da darr co con n el adecuado& >& Ka con el densímetro densímetro adecuado% adecuado% se deja sobre sobre la super*cie del del líquido líquido dando una rotaci(n con los dedos de !orma que caiga girando& 4& De esta !orma% !orma% cuando cuando el densímetro densímetro se para% para% se puede medir medir en su escala sin que se quede aderido a la pared de la probeta& & Bac Bacer er la lec lectura tura de la la escal escala& a& 9e debe tener en cuenta que la densidad varía con la temperatura% es por lo que una vez se aya medido medido la densi densidad% dad% se debe medir tambi-n la temperatura temperatura a la que se a eco la medici(n&
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Figura % - &edici$n de masas
Por otro lado se realiz( la medida de las masas de un volumen establecido para cada +uido% esta medici(n se realiz( para determinar de manera analítica los valores de densidad% volumen especi*co% peso especí*co y corrobora corroborarlo rlo con la teoría&
). Me Medi dicio cione nes s De la e,periencia se obtuvieron los siguientes resultados
Masa de la Probeta Medida .$gr' @>&G
Medida 6$gr' @8&@
Medida @$gr' @8&>
(romedio,-r 3)'.2
9e realizaron @ medidas de masa de la probeta para obtener una medida m"s acertada# cabe resaltar que se us( una misma probeta para la e,periencia&
/emperatura @8 ?5 /emperatura "luido 1 Alcool
Masa,-r
$olumen,ml
>@
48
=
Para este caso% no se pudo realizar la medida de la densidad relativa porque no se contaba con el densímetro adecuado para realizar esta medici(n&
"luido 2 Agua Masa,-r
$olumen,ml
>E&
48
.88
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"luido 3 )tilenglicol Masa,-r
$olumen,ml
>&
48
.&.6
"luido ;licerina Masa,-r
$olumen,ml
>&G
4.
=
Para este caso% no se pudo realizar la medida de la densidad relativa porque no se contaba con el densímetro adecuado para realizar esta medici(n&
"luido ' Mercurio Masa,-r
$olumen,ml
6&>
.
=
Para este caso% no se pudo realizar la medida de la densidad relativa porque no se contaba con una cantidad requerida para realizar la medici(n&
"luido ) Aceite 6/ Masa,-r
$olumen,ml
4>&6
8
=
Para este caso% no se pudo realizar la medida de la densidad relativa porque no se contaba con el densímetro adecuado para realizar esta medici(n&
"luido 0 9ustancia : Masa,-r
$olumen,ml
&
48
=
Para este caso% no se pudo realizar la medida de la densidad relativa porque no se contaba con una cantidad requerida para realizar la medici(n&
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0. An Anlisi lisis s y discusi discusi!n !n De igual manera se realizaron los c"lculos para conocer ycomparar los valores de las propiedades de los +uidos tales como densidad% volumen especi*co% peso especí*co% densidad relativa# para lo cual se izo uso de las ecuaciones descritas anteriormente&
ρagua =1
g= 9.8
3
2
5abe resaltar que la in!ormaci(n que se va a mostrar a continuaci(n corresponde a o
o o
Densidad te(rica Densidad del +uido utilizado% esta es la que aparece en los te,tos guías& Densidad Medida )s la densidad medida con el densímetro& Densidad 5alculada densidad que se obtuvo a trav-s del uso de las !ormas descritas anteriormente&
Para el c"lculo del porcentaje de error se u tiliz( la siguiente ecuaci(n −
Error ( )=
Para la 9ustancia . Alcool
ρ=
= 0.86
0.86
ρ rel
∗100
=
1
3
3
cm gr
0.86
=
3
P"gina G de .4
v
=
0.86
gr
1.1628
=
gr
3
ω =0.00086
3
∗ 9.8
Densidad /e(rica 8&E
=0.0084
2
3
Densidad Medida =
Densidad 5alculada 8&E
)rror $' .8&6
Para este caso el c"lculo de error corresponde al valor de densidad encontrado en los te,tos y el valor calculado en esta e,periencia&
Para la 9ustancia 6 Agua .
ρ=
=0.974
0.974
ρ rel
=
1
v
0.974
Densidad /e(rica .
=
0.974
3
gr
ω =0.0010
3
cm gr
=
3
1.0267
=
gr
3
3
∗ 9.8
2
=0.0095
Densidad Medida .
3
Densidad 5alculada 8&
)rror $' 8
Para la 9ustancia @ )tilenglicol
P"gina .8 de .4
.
ρ=
=0.9340
0.9340
ρ rel
=
1
v
cm gr
3 =
0.9340
3
=
0.9340
1.0707
=
gr
gr
3
ω =0.0009
3
Densidad /e(rica .&..
3
∗ 9.8
2
=0.0091
Densidad Medida .&.6
3
Densidad 5alculada 8&
)rror $' 8&G
Para la 9ustancia > ;licerina .
ρ=
=1.2725
1.2725
ρrel
=
1
v
=
1.2725
cm gr
3
3 =
1.2725
3
0.7859
=
gr
gr
3
P"gina .. de .4
ω =0.0013
∗ 9.8
3
Densidad /e(rica
2
=0.0125
3
Densidad Medida =
.&
Densidad 5alculada .&664
)rror $' .
Para este caso el c"lculo de error corresponde al valor de densidad encontrado en los te,tos y el valor calculado en esta e,periencia
Para la 9ustancia 4 Mercurio .
ρ=
=27.4
27.4
ρ rel
=
1
v
=
27.4
3
3
cm gr
=
27.4
3
gr
ω =0.0274 Densidad /e(rica .@&4@
=
0.0365
gr
3
3
∗9.8
2
=0.2685
Densidad Medida =
3
Densidad 5alculada 6&
)rror $' =
Para este caso el c"lculo de error corresponde al valor de densidad encontrado en los te,tos y el valor calculado en esta e,periencia
Para la 9ustancia Aceite 6/
ρ=
.
=0.9033
3
P"gina .6 de .4
0.9033
ρrel
=
1
v
=
0.9033
cm gr
3 =
0.9033
3
1.1071
=
gr
gr
3
ω =0.0009
3
Densidad /e(rica
∗ 9.8
2
=0.0089
3
Densidad Medida =
8&
Densidad 5alculada 8&
)rror $' .&
Para este caso el c"lculo de error corresponde al valor de densidad encontrado en los te,tos y el valor calculado en esta e,periencia
ρ=
Para la 9ustancia 9ustancia : .
= 1.3520
3
1.3520
ρ rel
=
1
v
=
1.3520
ω =0.0014
cm gr
3
1.3520
=
3
0.7396
=
gr
gr
3
3
∗9.8
2
=0.0132
3
P"gina .@ de .4
Densidad /e(rica =
Densidad Medida =
Densidad 5alculada .&
)rror $' =
Los resultados de la e,periencia !ueron !avorables% se obtuvieron datos muy cercanos con la in!ormaci(n que se encuentra en los te,tos% por lo cual se izo el c"lculo de error para mostrar el porcentaje de di!erencia entre estos datos% es importante tener en cuenta que el error en esta e,periencia es aceptable dentro de los par"metros de este est e lab labora orator torio io int intro roduc ductor torio# io# ten tenien iendo do en cue cuenta nta que sol solo o se pud pudo o re reali alizar zar dos medias con el densímetro como se muestra anteriormente& Por otro lado% las medidas realizadas en la balanza est"n e,puestas a error por lo cual este a!ecta directamente directamente los c"lculos c"lculos realizados en esta e,periencia e,periencia y Debido a que las dem"s propiedades analizadas son derivadas de la densidad% es razonable que los c"l c"lcul culos os ec ecos os con ant anteri eriori orida dad d tam tambibi-n n pos poseen een un mar margen gen de err error or peque
. onclu onclusiones siones y Recomen Recomendacion daciones es )sta primera e,periencia del uso del densímetro mostr( la e!ectividad de -ste para la obtenci(n del valor de la densidad% a pesar de posibles a!ectaciones por la gravedad& A nivel de margen de error% el densímetro% logro estar muy por encima de los valores entregados por la medida de masa y volumen& )l va valo lorr de la de dens nsid idad ad de un lí líqu quid ido% o% a pe pesa sarr de se serr una pr prop opie ieda dad d int inten ensi siva va sumam sum ament ente e im impo porta rtante nte en la me mec" c"nic nica a de +u +uid idos os%% es de !" !"ci cill ob obte tenc nci( i(n n en el laboratorio de pregrado& 5on del uso de algo tan sencillo como una jeringa% balanza o densímetro% se obtienen resultados con bajo margen de error y gran aplicabilidad para la !ormaci(n pro!esional del ingeniero&
4. Re Re5e 5ere renc ncia ias s 1
http://es.wi'ipedia.org/wi'i/Dens()!(*Dmetro
2
http://www.uia.mx/campus/publicaciones/+sica/pd,/12&ecanicadeuidos.pd, http://www.uia.mx/campus/publicaciones/+ sica/pd,/12&ecanicadeuidos.pd,
!
http://www.guiasdeapoyo.net/guias/cuart+se/densimetro
%
ennet 0ar' y Donald . "ichads. ermodinmica. 3 ed. &4xico: &c 5raw 6ill. 2771 p. 12. 89; : <%-%<1-2<2=->
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