Propiedades físicas de los fluidos

Instituto Politécnico NacionalEscuela Superior de Ingeniería & Arquitectura

Unidad Zacatenco

Laboratorio Hidráulica

Título: Propiedades Físicas de los Fluidos

Práctica 1

Nombre: Pérez Delgado Rosalía

Integrantes: Hernández Vázquez Juan JaimeRojas Nolasco BlancaBalam Padilla ErikColorado Vázquez Oscar

Grupo: 4CM3

Turno: Matutino

Fecha: 02/09/12

1

Juan Jaime Hernández Vázquez 4CM3 02/09/12 Hidráulica

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS FLUIDOS

2

OBJETIVO

Comprobar por medio de la observación las diversas propiedades de los fluidos

bajo diversos experimentos supervisados por personal de laboratorio, se

trabajará por medio de 5 mesas y en cada una su respectivo cuestionario

INTRODUCCIÓN

Las propiedades físicas de los fluidos son meramente capacidades que definen

el comportamiento del fluido , antes de pasar a las propiedades hay que

tomar en cuenta que es un fluido.

FLUÍDO.- Sustancia cualquiera que se encuentre en fase líquida o

gaseosa, compresible, tiene poca cohesión intermolecular, y es

deformable ante cualquier presencia de esfuerzo cortante por mínimo

que sea


CONSIDERACIONES TEÓRICAS

Es importante antes de poder dar inicio a la práctica siguiente, poder

discernir de que se está hablando y para eso, es necesario dar pie a

lo siguiente:

Anteriormente comentamos que es un fluido, y ahora tenemos que

considerar desde donde viene todo esto que vamos a hablar, en otras

palabras su raíz.

Viene radicando el estudio de todas estas propiedades físicas desde

Newton, Galileo Galilei, Prandt, Reynolds, Torricelli, y muchos otros

más, debemos hacer un estudio previo de quienes son estas

personas y que impacto le colocaron a la ciencia de la hidráulica y no

solo en esa, también en otros rubros, entonces sí, podremos entrar

como se debe a nuestro debido trabajo de laboratorio.

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MESA 1 PESO ESPECÍFICO

EQUIPO UTILIZADO

• Recipiente Vacío

• Recipiente con Aceite Delgado

• Recipiente con Aceite Grueso

• Recipiente con Petróleo

• Recipiente con Agua

• Recipiente con Diesel

• Recipiente con Resina Poliéster

• Charola con 8 Divisiones

• Estopa

4


5

CUESTIONARIO

1. Determina con la balanza la masa o el peso de las diferentes

sustancias y mide su volúmen

Se presentarán los datos en la próxima tabla


6

2. Con los datos registrados completa la siguiente tabla

CGS Técnico

CUESTIONARIO


Fluido Masa (Kg)

Volúmen (m3)

N

Aceite Delgado

256.46 250 1.0256 0.00104570848 1.025807 0.26142712

Aceite Grueso

538 260 2.069230769 0.002109307615

2.0691657 0.54841998

Petróleo 573.27 350 1.63.914285 0.0016696374 1.637862861 0.58437309

Diesel 433.79 150 2.891933 0.002947944266

2.891842521 0.44219164

Agua 484.52 450 1.07671 0.001097564773

1.076677235 0.493904148

Resina Poliéster

448.76 350 1.282171428 0.001307004514

1.282131169 0.45745158

7

8

CGS Absoluto

CUESTIONARIO


Fluido Masa (Kg)

Volúmen (m3)

N

Aceite Delgado

525.66 250 515.6724 2.0626896 2.10264 0.00210264

Aceite Grueso

268.8 260 263.6928 1.014203077 1.033846154 0.001033846

Petróleo 304.07 350 298.29267 0.852264771 0.868771429 0.000868771

Diesel 164.59 150 161.46279 1.0764186 1.097266667 0.001097267

Agua 484.52 450 475.31412 1.0562536 1.076711111 0.001076711

Resina Poliéster

448.76 350 440.23356 1.257810171 1.282171429 0.001282171

9

MKS Técnico

CUESTIONARIO


Fluido Masa (Kg)

Volúmen (m3)

N

Aceite Delgado

0.25646 0.000250 2.5158726 1025.84 10063.4904 1025.84

Aceite Grueso

0.538 0.000260 5.27778 2069.230769 20299.15385 2069.230769

Petróleo 0.57327 0.000350 5.6237787 1637.914286 16067.93914 1637.914286

Diesel 0.43379 0.000150 4.2554799 2891.9333 28369.866 2891.9333

Agua 0.48452 .000450 4.7531412 1076.7111 10562.536 1076.7111

Resina Poliéster

0.44876 .000350 4.4023356 1282.171429 12578.10171 1282.171429

10

MKS Absoluto

CUESTIONARIO


Fluido Masa (Kg)

Volúmen (m3)

N

Aceite Delgado

0.25646 0.000250 2.5158726 1025.84 10063.4904 1.02584

Aceite Grueso

0.538 0.000260 5.27778 2069.230769 20299.15385 2.069230770

Petróleo 0.57327 0.000350 5.6237787 1637.914286 16067.93914 1.081339362

Diesel 0.43379 0.000150 4.2554799 2891.9333 28369.866 2.89193

Agua 0.48452 .000450 4.7531412 1076.7111 10562.536 1.07671

Resina Poliéster

0.44876 .000350 4.4023356 1282.171429 12578.10171 1.282171428

11

PLS Técnico

CUESTIONARIO


Fluido Masa Volúmen

N

Aceite Delgado

0.564212 .0088225 18.1676264 2059.237903 63.95148767 32.98474937

Aceite Grueso

1.19436 0.0091754 38.458392 4191.46762 130.1698019 67.23560507

Petróleo

1.261194 0.0123515 40.6104468 3287.895948 102.1085698 52.74135303

Diesel 0.954338 0.0052935 30.7296836 5805.173061 180.2848777 93.12115914

Agua 1.065944 0.0158805 34.3233968 2161.35492 67.12282359 34.67043503

Resina Poliéster

0.987272 0.0123515 31.7901584 2573.789289 79.93134437 41.28632161

12

PLS Absoluto

CUESTIONARIO


Fluido Masa Volúmen

N

Aceite Delgado

0.564212 .0088225 18.1676264 2059.237903 63.95148767 29.06885803

Aceite Grueso

1.19436 0.0091754 38.458392 4191.467619 130.1698018 59.16809174

Petróleo

1.261194 0.0123515 40.6104468 3287.895947 102.1085698 46.41298626

Diesel 0.954338 0.0052935 30.7296836 5805.173061 180.2848776 81.94767166

Agua 1.065944 0.0158805 34.3233968 2161.354919 67.12282358 30.51037435

Resina Poliéster

0.987272 0.0123515 31.7901584 2573.789288 79.93134437 36.33242924

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CUESTIONARIO

3. ¿Por qué un líquido es más pesado que otro?

Por la presencia de un mayor numero de partículas contenida en una

unidad de volúmen (Densidad)

4. Si colocas un trozo de madera en la superficie de cada líquido,

¿Cómo se comporta este? ¿Por qué?

Se hunde parcialmente el trozo de madera debido a la relación de

densidad que existe: Mayor densidad del Líquido que el trozo estará

más salido el cuerpo de la superficie del líquido, o sea sale mas del

agua.


5. Menciona de que depende la variación de la densidad de un fluido

Contemplando la fórmula de densidad:

Depende de la masa del fuido, tomando en cuenta la unidad del

volúmen, ya que hay fluidos con mayor masa que otros

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CUESTIONARIO

6. ¿Cuáles son las propiedades que se identifican y se derivan en esta

mesa?

Podemos ver que la propiedad que actúa sobre toda la mesa

primariamente es la Densidad y se derivan, Peso específico, Peso

Específico Relativo ya que se va a comparar con el fluido del recipiente

contenido para la relación

7. ¿Qué aplicación tienen las propiedades analizadas en esta mesa?

En la vida cotidiana tenemos aplicación a la hora de hacer la comida,

la relación de agua, aceite, en la construcción a la hora de hacer

mezclas que cantidad de cada cosa para tener el mejor desempeño del

material sobre la construcción, en hidráulica a la hora de calcular toda

la red de alcantarillado, agua potable, riego, distribución


MESA 2 VISCOCIDAD

EQUIPO UTILIZADO

• Recipiente con Aceite Delgado

• Recipiente con Petróleo

• Recipiente con Agua

• Recipiente con Aceite Grueso

• 8 Acrílicos

• 4 Palos

• Estopa

• Periódico

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CUESTIONARIO

1. Impregna con los diferentes líquidos, los juegos de placas de acrílico

que tienes en tu mesa de trabajo posteriormente trata de deslizar las

placas una sobre otra

¿Qué observas?

Se puede apreciar que existe una resistencia al movimiento entre las

placas, hay que aplicar más fuerza para deslizarlas, esto se debe a la

propiedad de viscosidad que tienen los fluidos

2. ¿De qué depende la resistencia que presenta el desplazamiento?

Depende del coeficiente de viscosidad (Viscosidad Dinámica), que es

el que va a determinar el grado de viscosidad de un fluido


3. ¿A qué esfuerzos están sometiendo los líquidos al deslizar las placas?

Existen primordialmente 3 tipos de esfuerzos, pero antes de pasar a

eso, definamos que es un esfuerzo

Esfuerzo.- Es una fuerza aplicada en un área

Tenemos esfuerzo de fricción, esfuerzo de tensión y esfuerzo cortante

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CUESTIONARIO

4. Ahora trata de despegar las placas ¿De qué depende la fuerza que

debe aplicar?

Depende de 2 cosas:

La propiedad de adhesión que platicare de esta más adelante y

también depende de la densidad del fluido, mientras es más denso se

necesita más fuerza aplicada para poder despegar las placas, y la

adhesión porque es la propiedad que tiene el fluido para unirse

intermolecularmente a una pared sólida.

5. ¿Es la misma propiedad que te permite despegarlas que la que le

permite deslizarlas? ¿Por qué?

No definitivamente, ya que para deslizarlas se ocupa la viscosidad y

para despegarlas es la densidad con la adhesión

6. Bate los diferentes líquidos, después mete y saca la varilla, y permite

que el líquido escurra, ¿Qué líquido te cuesta menos esfuerzo batir?

& ¿Qué escurre más rápido?

El líquido que me costo menos trabajo batir fue el agua y también fue

el que más rápido escurrió

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CUESTIONARIO

7. ¿Qué fuerza se antepone para batir el líquido?

No sólo es 1, son varias: Cortante, Torsión, Cohesión, Gravedad

¿A qué esfuerzo está sometido el líquido al escurrir?

A la viscosidad

¿Qué fuerza permite que el líquido escurra?

La gravedad

8. ¿Defina las propiedades que se manifiestan y se relacionan con esta

mesa, mencionando sus ecuaciones y unidades en el S.I.

Viscosidad.- Propiedad del fluido a la oposición de movimiento

(escurrir, deslizamiento)

Donde:

= Esfuerzo Cortante

= Coeficiente de Viscosidad Dinámica

= Gradiente de Velocidad

Sistemas Técnicos

Absolutos

Unidades CGS MKS PLS CGS MKS PLS

Esfuerzo Cortante

Velocidad

MESA 3 CAPILARIDAD

EQUIPO UTILIZADO

• Recipiente con Diesel & 5 Tubos Capilares

• Recipiente con Gasolina & 4 Tubos Capilares

• Recipiente con Agua & 4 Tubos Capilares

• Cuña con Mercurio

• Cuña con Aceite

• Cuña con Petróleo

• Cuña con Agua

• Cuña con Gasolina

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CUESTIONARIO

1. ¿De qué depende la diferencia de niveles entre la superficie libra del

agua?, y ¿El nivel del líquido que se encuentra dentro del tubo ?

Dependen de la propiedad de cada fluido en partículas llamada:

Adhesión y también involucra a la Cohesión.

Se define Adhesión a la propiedad del fluido de unir sus moléculas a un

cuerpo sólido externo o ajeno a este fluido, puede ser por ejemplo:

Pared solida de recipiente, Papel etc.

2. ¿Existirá un líquido donde el nivel dentro del tubo esté por debajo del

nivel que existe en el recipiente? ¿Por qué?

Sí existe, uno de ellos es el Mercurio, su Cohesión intermolecular es

enormemente grande y esto va de la mano con la adhesión porque,

existe una relación:

Adhesión > Cohesión | Cohesión > Adhesión

3. ¿Por qué los meniscos y curvaturas formadas por el agua y el

mercurio son diferentes en las cuñas?

Debido a la cohesión intermolecular, como comentaba en el inciso

pasado, cabe mencionar la relación entre la adhesión y la cohesión.

El agua contiene mayor adhesión intermolecular formando meniscos

positivos y una curvatura en el menisco alta, por el contrario el

mercurio tiene casi una adhesión nula provocando un menisco

negativo y su curvatura también es negativa


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CUESTIONARIO

4. Has rollitos de papel y coloca la punta con mucho cuidado en la

superficie de cada líquido

¿Qué observas?

El agua se adhiere al papel de una forma rápida, impregnando gran

superficie del papel, luego se ve como el diesel se va adhiriendo a la

superficie del papel un poco mas desaceleradamente que el agua,

luego el petróleo respectivamente.

Observamos también que se debe a que tiene mayor capilaridad y

menor densidad

¿Por qué se presenta este fenómeno?

Cómo comento se debe a la propiedad del fluido de capilaridad ya que

esta propiedad se mas abundante que la densidad misma del fluido

5. ¿Donde se presentan estos fenómenos en las obras

hidráulicas?

Se presentan en las refiner

¿Por qué se presenta este fenómeno?

Cómo comento se debe a la propiedad del fluido de capilaridad ya que

esta propiedad se mas abundante que la densidad misma del fluido

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5. Defina las propiedades que se manifiestan, y que se relacionan

con esta mesa, mencionando sus ecuaciones y unidades en el

S.I.

Capilaridad.- Se define como la capacidad de un fluido que tiene para

ascender o descender por un conducto de diámetro capilar.

Adhesión.- Es la fuerza que tiene el fluido para unirse a partículas

externas del fluido (p.e.: una pared sólida)

Donde:

h= Altura

= Tensión Superficial Interfacial

= Ángulo de Contacto

= Densidad del Fluido

g = Gravedad

r = Radio del Tubo

Sistemas Técnicos

Absolutos


Capilaridad

cm m ft cm m ft

Densidad

Tensión Superficial

Gravedad


CUESTIONARIO

MESA 4 TENSIÓN SUPERFICIAL

EQUIPO UTILIZADO

• Vaso de precipitado con agua

• Vaso de precipitado con agua y jabón

• Plato

• Hoja para rasurar

• Medidor de tensión superficial

• Palo con agujero en la punta e hilo

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24

CUESTIONARIO


1. Limpia & seca perfectamente la hoja de rasurar y con mucho cuidado

colócala en la superficie del agua.

¿Qué Observas?

Se puede apreciar que la hoja de rasurar se queda suspendida en la

superficie del agua por unos breves instantes, específicamente hay la

presencia de una película de agua entre los espacios vacíos de la hoja

y luego desciende al fondo del vaso de precipitado cuando esos

espacios son cubiertos por el fluido

¿Por Qué es posible esto?

Porque la tensión superficial del agua primariamente, es lo que

mantiene a flote la hoja de rasurar, el fluido no ha penetrado

perfectamente la hoja y por lo tanto se mantiene a flote, cuando el

agua empieza a penetrar su superficie la hoja ha quedado dentro del

fluido comenzando a descender.

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CUESTIONARIO


2. Sumerge el aro para hacer bombas en el agua jabonosa y sácalo

¿Por qué se forma una película en el agua?

Porque existe la presencia de partículas de jabón que permiten la

adhesión entre moléculas y que propician el fenómeno

¿Por qué es posible esto?

Porque el agua jabonosa tiene otra composición de sus moléculas que

disminuyen drásticamente la tensión superficial

3. Si revientas una parte de la película.

¿Qué pasa con el hilo que está en el centro?

Se adhiere inmediatamente a la sección del aro dónde aún existe una

parte de la película

¿Por qué es posible esto?

Porque existe una fuerza de adhesión por parte de las moléculas de la

película aún existente en el aro

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4. Sumerge el aro de la balanza de torsión en el recipiente que contiene

agua limpia

¿Qué observas?

Se logra apreciar una capa estirada entre el agua y el aro que

desaparece rápidamente

¿ Por qué en agua jabonosa es menor la tensión superficial que en el

agua limpia?

Porque el jabón combina su estructura molecular con el agua limpia

creando una estructura con grasas y otros componentes que

disminuyen la tensión superficial

5. Defina las propiedades que se manifiestan en los experimentos

realizados anteriormente

Tensión Superficial.- Es la resistencia que tienen las partículas del

fluido al encontrar una discontinuidad con otro fluido o bien con un

sólido.

Cohesión.- Es la fuerza que el fluido tiene para mantener unidas las

partículas del mismo fluido

Adhesión.- Es la fuerza que tiene el fluido para unirse a partículas

externas del fluido (p.e.: una pared sólida)

CUESTIONARIO


MESA 5 COMPRESIBILIDAD

EQUIPO UTILIZADO

• Vaso de precipitado con agua

• Vaso de precipitado vacío

• Plato

• Jeringa

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28

CUESTIONARIO


1. Tome la jeringa y tapa el orificio, y después comprima el émbolo,

después suéltelo

¿Qué Observas?

Se aprecia que el émbolo sube rápidamente a su estado original

2. Ahora, llena de agua la jeringa, tape el orificio y después comprima el

émbolo, después suéltelo

¿Qué Observas?

Se aprecia que el émbolo no se puede comprimir a menos que sea con

un muy grande esfuerzo

¿Qué relación tiene con el primer ensayo?

La relación que existe con el primer ensayo no es más que la

comprobación de que un fluido gaseoso se puede comprimir mucho

más fácil que un fluido líquido, ya que si se logra comprimir el líquido

se transforma en un gaseoso meramente

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3. Ahora, tome el vaso de precipitados, e introdúzcalo boca abajo hasta

el fondo del recipiente con agua

¿Qué observa en el interior al sumergirlo en el recipiente?

No penetra el agua en el interior del recipiente

CUESTIONARIO


4. Menciona el por qué de los fenómenos anteriores y sus aplicaciones

más importantes en la hidráulica

Jeringa con aire.- El fenómeno básicamente es debido a la propiedad

de compresibilidad en los gases.

Jeringa con agua.- Aquí se logra discernir que los líquidos son

muchísimo menos compresibles que los gases, si se pueden comprimir

a grandes fuerzas.

Aire en el agua.- Como sabemos en donde hay un fluido no puede

haber otro, entonces partiendo de eso llegamos a la conclusión de que

los gases son fluidos pero con otra estructura, entonces el fluido

líquido no puede entrar donde hay aire.

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CUESTIONARIO


5. Defina las propiedades que se manifiestan y se relacionan en esta mesa,

mencionando sus ecuaciones y unidades en el S.I.

La Compresibilidad es la capacidad que tienen los fluidos de variar su

volúmen aplicándoles una diferencia de presiones o una variación de

temperatura

Donde:

Ev: Módulo de Elasticidad Volumétrico

dP: Variación de la Presión

dρ: Variación de la Densidad

dV: Variación del Volúmen

V: Volúmen Inicial

Ρ: Densidad Absoluta

Sistemas Técnicos

Absolutos


Densidad

Volúmen

Presión

CONCLUSIONES

1) Es de gran importancia antes de trabajar tener un buen background de lo

que son las propiedades físicas de los fluidos ya que sin ellas llegamos en

blanco a clase

2) Las propiedades de los fluidos tienen una amplia gama de aplicaciones

que nos permitirán conocer mejor nuestra actividad con los mismos y a

una mejor interpretación de ellos

3) Aunque parezcan sencillos los experimentos, demuestran más de lo que

se ven, para mi gusto recomiendo dar una buena paseada detenida a cada

mesa para su mejor entendimiento

4) Si entendemos bien a los fluidos entendemos mejor nuestro mundo y

podemos hacer un mejor uso de este

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

• Hidráulica General – Sotelo

LIMUSA

• Mecánica de Fluidos – Victor L. Streeter McGraw Hill

• Physics – Paul E. Tippens McGraw Hill

• Apuntes de Hidráulica Básica – Rosalía IPN

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COMENTARIO PERSONAL

Quiero darle un agradecimiento especial al personal de laboratorio

ya que sin ellos no me hubiera sido tan entendible mi práctica,

entendí perfectamente las propiedades de los fluidos que ese

era el primordial objetivo, ahora cabe mencionar que el estudio

de esta ciencia es de gran ayuda, aplicación y entendimiento

para nuestro mundo, y sobre todo como y que podemos hacer

para el y por el. Objetivo Cumplido

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35


Gracias

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