Informe Propiedades de Fluidos

PRACTICA DE LABORATORIO 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

JESÚS ANTONIO PUENTES RINCÓN JORGE IVÁN SANA BECERRA JONATHAN ALDEMAR ESTUPIÑAN MERCHAN CRISTIAN DANILO ALVAREZ CHINOME

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD SECCIONAL DUITAMA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTROMECANICA DUITAMA 2016

PRACTICA DE LABORATORIO 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

JESÚS ANTONIO PUENTES RINCÓN CÓD. 201221742 JORGE IVÁN SANA BECERRA CÓD. 201220823 JONATHAN ALDEMAR ESTUPIÑAN MERCHAN COD. 201220660 CRISTIAN DANILO ALVAREZ CHINOME COD. 201221253

Informe de laboratorio: Propiedades de los fluidos

Monitor. Miguel Ángel Chaparro Ingeniero: Otto Caro Niño

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA FACULTAD SECCIONAL DUITAMA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTROMECANICA DUITAMA 2016

Facultad Seccional Duitama Ingeniería Electromecánica Fluidos y Maquinas Hidráulicas

INTRODUCCION Los fluidos poseen propiedades que los definen, y se especifica en qué estado se encuentra un sistema. En esta práctica de laboratorio se determinaron dos propiedades de importancia como la densidad y la viscosidad de distintos tipos de fluidos, mediante procedimientos experimentales, así, el siguiente informe da a conocer los procedimientos utilizados para hallar la densidad y la viscosidad de diferentes tipos de fluidos mediante técnicas experimentales.


OBJETIVOS Determinar la densidad del agua, alcohol antiséptico, aceite de cocina y la glicerina, calculando la relación entre masa y volumen. Determinar la viscosidad del agua, alcohol antiséptico, aceite de cocina y la glicerina, calculando la relación entre masa y volumen. Aplicar formulas y conocimientos adquiridos previamente para el cálculo de la densidad y viscosidad


JUSTIFICACION El presente trabajo pretende analizar la densidad y la viscosidad de 3 fluidos, con ayuda de equipos de laboratorio y teoría previa, esta práctica se hace importante porque se aplicara los conceptos vistos en clase a la vida real, se quiere comparar que tan preciso puede llegar a ser una prueba de laboratorio como esta y que tan alejados están los resultados comparados con los que aparecen en los textos.


MARCO REFERENCIAL

Especificaciones técnicas del Aceite 20W 50 4T 3000 mineral MOTUL Características de MOTUL 3000 20w50

Aceite reforzado con aditivos Extrema Presión para asegurar protección y longevidad de los engranajes de la caja de velocidades. El aceite para motos Motul 3000 20w50 posee aditivos extrema presión para otorgarle una mejor lubricación y aumentar la vida útil de la caja de cambios y de los piñones. Contiene un importante paquete de aditivos que impide que se acumule suciedad en el motor, brindando una limpieza interna excelente. Motul 3000 20w50 es un lubricante de características sobresalientes lo que permite aumentar la vida del motor. Es con aquellos motores 4T que posean convertidores catalíticos o catalizadores. 3000 20w50 MOTUL cuenta con la homologación JASO MA para garantizar un perfecto funcionamiento del embrague, controlando el deslizamiento y evitando el desgaste de los disco. Viscosidad

SAE J 300

20w50

Índice de Viscosidad

ASTM D 2270

136

Viscosidad @ 100°C

ASTM D 445

19,67 mm2/s

Viscosidad @ 40°C

ASTM D 445

162,5 mm2/s

Densidad @ 20°C

ASTM D1298

0,883

Punto de Inflamación

ASTM D 92

222 °C

Punto de Congelamiento

ASTM D 97

-27°C

TBN

ASTM D 2896

8,2 mg KOH/g



MATERIALES Y EQUIPOS CANTIDAD

ELEMENTO

OBSERVACION

1

Balanza

Digital

1

Probeta vidrio

35mm diámetro, 100ml

1

Probeta plástico

5

Esferas de acero

4,75 mm diámetro

Esferas de plástico 1

Alcohol antiséptico

100 ml

1

Glicerina

100ml

1

Aceite 20W-50 4T 3000 mineral MOTUL

100ml

1

Cronometro

Celular

1

Flexometro

1

Calibrador pie de rey

Facultad Seccional Duitama Ingeniería Electromecánica Fluidos y Maquinas Hidráulicas PROCEDIMIENTO

DETERMINACION DE LA DENSIDAD Se determina la masa del recipiente en el cual realizará el experimento. Se mide un determinado volumen de agua en el recipiente que se acabó de pesar. Se pesa el recipiente con el volumen de agua contenido en él, y se consignan los resultados en una tabla 1. Se repiten los pasos 1, 2 y 3 para los demás fluidos (alcohol, aceite y glicerina).. Consignar los resultados en la tabla correspondiente.

DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD Se hacen dos marcas a la probeta de manera que den una distancia (d) ( 50  d  140 140 cm ). Llenar totalmente la probeta con agua. Desde la parte superior de la probeta se libera la esfera y se mide el tiempo que tarda esta en recorrer la distancia (d) dada por las dos marcas. Se repite el paso 3, cinco veces, para permitir promediar la velocidad de caída de la esfera. Se consignan los resultados en una tabla. Se repiten los pasos 1 a 4 para los demás fluidos (alcohol, aceite y glicerina), y se consignan los resultados en la misma tabla. Nota: Luego

de haber obtenido los datos para densidad y viscosidad de un fluido, se hace indispensable, lavar con agua y jabón la probeta utilizada, esto para eliminar residuos que pudieran afectar las mediciones para otro tipo de fluido.


RESULTADOS Para determinar valores de masa y volumen para cada fluido se utilizó la probeta de vidrio de 35mm diámetro, 100ml de capacidad, al medir su masa en la balanza obtuvimos: Masa de la probeta: 79,1 g


Luego se obtuvieron tres valores de volumen distinto, procurando tener 100 ml como última medida, para cada volumen se hizo la medición de la masa combinada es decir la masa de la probeta más la masa de volumen de fluido contenido en la misma, consignado los datos en la Tabla 1. CALCULO DE LA DENSIDAD Calculamos la masa de fluido contenido en la probeta haciendo la diferencia entre la masa combinada y la masa de la probeta. Para obtener el valor de la densidad en cada medición hacemos:

 = 

Donde:

=  =        =       

 

Determinamos tres valores para densidad ( ) y hacemos una media aritmética, para obtener una densidad promedio ( ), esto con el fin de minimizar errores en la medición.

 =  + 3 + 

Realizamos la una conveniente conversión de unidades para presentar una magnitud de densidad determinada para cada fluido.

1  ∗ 1  1000  ∗ 1  =1000  1  1000  1  1000  


Tabla 2. Toma de datos Glicerina. Masa combinada Probeta + Glicerina (g)

Masa de la Glicerina (g)

Volumen (ml)

Densidad (g/ml)

133,1

54

44

1,227

156,8

77,7

62

1,253

204,3

125,2

100

1,252

 = 1,244 = 

 = 1,244 g ∗1000 

Tabla 3. Toma de datos Alcohol. Masa combinada Probeta + alcohol (g)

Masa del Alcohol (g)

Volumen (ml)

Densidad (g/ml)

117,1

38,8

46

0,8434

137,9

58,8

69

0,8521

163,9

84,8

100

0,848


 = 0,84783

 = 0,84783 g ∗1000 

=. 

Tabla 4. Toma de datos Aceite 20W 50 4T MOTUL. Masa Probeta + aceite 4T (g)

Masa del Aceite 20W 50 4T MOTUL (g)

Volumen (ml)

Densidad (g/ml)

114,9

35,8

41

0,8731

140,8

61,7

70

0,8814

167

87,9

100

0,879

=0,87783 g ∗1000 

 = 0,87783

=. 

Tabla 5. Toma de datos Agua. Masa Probeta + Agua (g)

Masa del Agua (g)

Volumen (ml)

Densidad (g/ml)

121,5

42,4

43

0,9860

153

73,9

74

0,9986

175

95,9

100

0,959

=0,9722 g ∗1000 

 =0,9722

=. 

CALCULO DE LA VISCOSIDAD Para la realización de este procedimiento primero determino la distancia existente desde un volumen determinado (40 ml) hasta el borde superior de la probeta de vidrio, y desde los (100 ml) para la probeta de plástico, para determinar estas distancias se utilizó un flexómetro.


Tabla 6. Datos de las probetas Distancia medida (cm)

Diámetro (mm)

Probeta de vidrio

16.5

35

Probeta de Plástico

31

61

Tipo de probeta utilizada

50≤≤140

Para las esferas tanto plásticas como metálicas, se determinan datos de masa y diámetro esto se hace con la ayuda de la balanza, y el calibrador pie de rey respectivamente. Tabla 7. Datos de las esferas Tipo de esfera

Diámetro (mm)

Masa (g)

Metálica

4.75

0.4

Plástica

5.1

0.12

A continuación c ontinuación se muestran los datos obtenidos al dejar caer ca er una esfera desde la parte superior de la probeta, tomando cinco datos de tiempo de llegada a la marca de volumen establecida en el paso anterior, mediante un cronometro. Utilizando esferas plásticas para fluidos de agua y alcohol y esferas metálicas para aceite y glicerina.


Tabla 8. Determinación de la viscosidad Líquido

Tiempo (s)

Velocidad promedio

Velocidad corregida

Agua

2,78 2,82 2,75 2,70 2,74

0,11

0,13

Alcohol

0,99 1,0 0,87 0,78 0,95

0,18

0,21

Aceite

1,51 1,48 1,22 1,38 1,34

0,12

0,16

Glicerina

1,46 1,66 1,54 1,31 1,82

0,11

0,15

Para el cálculo de la velocidad promedio utilizamos velocidad corregida hacemos:

̅ =  y para calcular la Donde:

 =̅(1+2.4  )

 =        =        

Ahora se calcula el volumen de las esferas utilizadas teniendo en cuenta la ecuación para volumen de una esfera:

 = 43 

Tabla 9. Volumen de las esferas Acero

Plástico

Diámetro (m)

4,75E-3

0,005

Masa (kg)

0,44E-3

0,12E-3

Volumen (m^3)

56,11E-9

65,44E-9

Densidad (kg/m^3)

7841,03

1833,46

Ahora con los datos obtenidos anteriormente podemos calcular viscosidad absoluta y viscosidad cinemática como sigue: Donde:

−   =  18 

v = Velocidad Velocidad corregida corregida  = Diámetro Diámetro de la esfera esfera γ = Peso especific especificoo de la esfera esfera γ = Peso especific especificoo del fluido fluido g = Aceler Aceleraci acion on de la grav graveda edadd


CARACTERISTICAS A OBTENER Densidad

Viscosidad

Viscosidad

(kg/m^3)

absoluta (Pa.s)

cinemática (m2/s)

Agua

972,2

90,26E-3

9,28E-5

Alcohol

847,83

63,94E-3

7,54E-5

Glicerina

1244

0,54

4,34E-4

Aceite 20W-50

877,83

0,53

6,03E-4

Liquido

COMPARACION DE DATOS OBTENIDOS CON LAS TABLAS DENSIDAD

Densidad obtenida

Fluido

Densidad en Tablas a 20 ˚C

% Error relativo

Agua

972,2

1000

-2,78

Alcohol

847,83

791

7,18

Glicerina

1244

1260

-1,26

Aceite 4T MOTUL

877,83

883

-0,58

VISCOSIDAD ABSOLUTA Fluido

Viscosidad absoluta obtenida

Viscosidad absoluta en Tablas

% Error relativo

a 20 ˚C

Agua

90,26E-3

1,01E-3

8836,63

Alcohol

63,94E-3

1,20E-3

4978,33

Glicerina

0,54

1,49

-63,75

Aceite 4T MOTUL

0,53

143,5E-3

269,34


VISCOSIDAD CINEMATICA

Fluido

Viscosidad cinemática obtenida

Viscosidad cinemática en Tablas a 20 ˚C

% Error relativo

Agua

9,28E-5

1,003E-6

9152,24

Alcohol

7,54E-5

1,51E-6

4893,37

Glicerina

4,34E-4

1,18E-3

-63,22

Aceite 4T MOTUL

6,03E-4

1,625E-4

271,07

*la viscosidad del aceite se da a 40 ˚C


CUESTIONARIO 

¿Qué tan tan acercados son los los valores valores obtenidos del experimento con con respecto a los valores obtenidos de la literatura? Exprese su respuesta en porcentaje de error. Respuesta: Los valores son relativamente cercanos entre los datos prácticos y los datos dados por el fabricante y tablas teniendo un porcentaje de error de menos del 5% en densidades y un 60% aprox. en viscosidades.



¿Por qué razón, la viscosidad en los líquidos líquidos disminuye cuando aumenta la temperatura, mientras en los gases aumenta cuando la temperatura aumenta?, justifique su respuesta. Respuesta: Porque las moléculas de los fluidos se dilatan y los enlaces son menos fuertes en el aumento de temperaturas, mientras que los gases intentan comprimirse por consiguiente es más viscoso.



¿Existen algunas graficas que permiten hallar hallar la densidad para diferentes diferentes condiciones de presión y temperatura?, si existen, cítelas y explique su manejo. Respuesta: NO SE ENCONTRARON ENCONTRARON GRAFICAS ACERCA ACERCA DE LA DENSIDAD PARA DIFENTES CONDICIONES DE PRESION Y TEMPERATURA EN FLUIDOS.


AUTOEXAMEN a. Exprese por medio de ecuaciones la forma en la cual se ve afectada la densidad por las condiciones de temperatura y presión. Solución: Para los gases, se puede calcular la densidad de temperatura utilizando la ecuación ideal de los gases, PV = nRT. Aquí, P es la presión, V es el volumen, n es la cuenta molecular, T es la temperatura absoluta y R es una constante de proporcionalidad que se aplica a todos los gases. Sin embargo, se tendría que convertir la relación n/V a masa por unidad de volumen con el fin de obtener la densidad en el sentido convencional. Eso significa introducir masa por molécula. Para líquidos y sólidos, el cálculo de cambio de densidad desde el cambio de temperatura es más directo.

b. ¿En qué condiciones es indeseable que la viscosidad disminuya con la temperatura? Solución: En procesos de lubricación en mecanismos ya q las partes en movimiento generan rozamiento

c. ¿En qué consiste la capa límite? límite? Solución: La capa límite se entiende como aquella en la que la velocidad del fluido respecto al sólido en movimiento varía desde cero hasta el 99% de la velocidad de la corriente no perturbada. La capa límite puede ser laminar o turbulenta; aunque también pueden coexistir en ella zonas de flujo laminar y de flujo turbulento.


d. ¿Qué establece la ley de la viscosidad de Newton? Solución: "Para un determinado fluido, la tensión tangencial de rozamiento aplicada según una dirección es directamente proporcional a la velocidad (en módulo) en la dirección normal a la primera, siendo la constante de proporcionalidad correspondiente el coeficiente de viscosidad".

Este parámetro de hallo con el lanzamiento de las esferas dentro del recipiente con el líquido.


CONLUSIONES 

Se observó que el comportamiento en los fluidos más densos como lo son la glicerina y el aceite para motor, las esferas metálicas bajaban despacio debido a la fuerza que tenían que ejercer para vencer la viscosidad del fluido.



Hay una serie de errores humanos que se pueden ejercer en el desarrollo de la la práctica como lo son en la toma del dato de tiempo para hallar la viscosidad ya que en algunos fluidos las esferas bajaban rápido y no se podía tomar una lectura completamente acertada.



Debido a que los aceites son más viscosos a medida que incrementa la temperatura y además son ferromagnéticos por lo cual se ven empleados en motores para la buena lubricación lub ricación y el buen funcionamiento de los mismos.



Se calculó mediante métodos analíticos utilizando los datos obtenidos en laboratorio las densidades y viscosidades de los diferentes fluidos y sus unidades de medición.


BIBLIOGRAFIA 

Mecánica de fluidos, Robert L. Mott, 6 ed.



Mecánica De Fluidos - Victor L. Streeter, Wylie & Bedford Bedford (9na Edición)



Mecánica de Fluidos_Merle C. Potter, David David C. Wiggert_3ed



http://www.ehowenespanol.com/calcular-densidad-basada-temperaturacomo_141817/



https://es.wikipedia.org/wiki/Capa_límite



https://prezi.com/t5t-td_z2yar/ley-de-newton-de-la-viscosidad/



Especificaciones del aceite empleado Tomado de: http://www.lubrilandia.com.ar/Mo http://www.lubrilandia.com.ar/Motul/gama_de_produc tul/gama_de_productos/aceites_motos tos/aceites_motos/motul_300 /motul_300 0_20w50.htm

Informe Propiedades de Fluidos

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