Hidráulica básica. Manual de prácticas

Transcripción

1 3er semestre Hidráulica básica Manual de prácticas Autores: Benjamín Lara Ledesma Jesús Martín Caballero Ulaje Jorge Leonel Angel Hurtado José Manuel Díaz Barriga Juan Pablo Molina Aguilar María del Mar Navarro Farfán Miguel Ángel Rodríguez Velázquez Victor Manuel Melgarejo Méndez

2 Propiedades de los fluidos Observación de un fenómeno Introducción. Para el estudio de cualquier fluido, como el aire, el agua, el aceite, el petróleo, etc., es de suma importancia determinar sus propiedades, ya que a partir de ellas se puede definir su comportamiento ante fuerzas o acciones externas, como son la temperatura, la atracción de la gravedad, la aplicación de cargas o empujes, etc. En el caso especial del agua el peso específico, la densidad, la viscosidad, la capilaridad y la tensión superficial, son propiedades que debemos determinar de manera precisa, para cuantificar la cantidad de ella que pasa por un río, por un tubo o por un conducto, así como determinar si escurre lentamente y en orden o rápidamente y en forma turbulenta, como también saber si venciendo la acción de la gravedad, podrá subir por una pared o por pequeños espacios. Objetivo. Comprender a través de experimentos, el significado físico de las propiedades de los fluidos. Definiciones Peso específico. Peso del fluido en una unidad de volumen. (N/m3 ) Densidad. Masa del fluido en una unidad de volumen. (kg/m3 ) Densidad relativa. Relación entre la densidad de un fluido y la del agua. ([/]) Viscosidad dinámica. Es la resistencia al esfuerzo cortante y por lo tanto, la oposición a fluir. (Pa.s). La ecuación se emplea para la técnica de medición con balines de acero. La densidad de estos es s = kg/m 3 y r representa su radio. Viscosidad cinemática. Es la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad. (m2 /s) Tensión superficial. Es la propiedad que tienen los líquidos de ofrecer cierta resistencia a ser penetrados en la superficie de contacto con otro fluido. Cohesión. Es la fuerza de atracción existente entre las partículas de los fluidos. Adherencia. Fuerza de atracción entre las partículas de un líquido y las de una superficie sólida. Capilaridad. Es la propiedad que tienen los líquidos de ascender por conductos de diámetro muy pequeño. 1

3 Materiales y equipo 4 probetas de 0.5 L Balanza electrónica 0.5 L de agua 0.5 L de aceite lubricante SAE 60 y SAE L de glicerina (Nota: pueden utilizarse diferentes líquidos) Balines de acero pequeños (3.18 mm de diámetro) Balines de acero medianos (6.35 mm de diámetro) Balines de acero grandes (12.7 mm de diámetro) Estopa Cronómetro Vaso de precipitado de 0.5 L Placas de vidrio Broches de sujeción Alambre de diámetro pequeño Navaja de afeitar Aguja Caja para experimento de capilaridad Proceso Procedimiento (primera parte) 1. Pesar la probeta con la balanza de precisión para determinar su peso (tara). 2. Agregar un volumen de agua de aproximadamente la tercera parte de la capacidad de la probeta. 3. Medir el volumen vertido con la graduación de la probeta. 4. Pesar la probeta con el líquido para determinar su peso bruto. 5. Determinar el peso neto del líquido, restando la tara del peso bruto. 6. Con el peso neto y el volumen determinar el peso específico. 7. Calcular la densidad. 8. Calcular la densidad relativa. 9. Agregar otro volumen de líquido (tercera parte de la capacidad) y repetir los pasos 3 a Realizar el mismo procedimiento para los otros tres líquidos. 11. Consignar los valores y resultados en la Tabla 1.1. Actividades (primera parte) 1. Enunciar las variables que tienen mayor influencia en el peso específico y la densidad. Procedimiento (segunda parte) 1. Se llena una probeta con un líquido. 2. Se suelta un balín en el líquido y se toma el tiempo en que recorre la distancia previamente marcada en la probeta. 2

4 3. Calcular la viscosidad cinemática. 4. Consignar los valores y resultados en la Tabla 1.2. Actividades (segunda parte) 1. Enunciar las variables que tienen mayor influencia en la viscosidad. 2. Cuál sería la viscosidad dinámica de un líquido en reposo? Justifique su respuesta. Procedimiento (tercera parte) Se llevan a cabo los siguientes experimentos para observar y comprender las propiedades de tensión superficial y capilaridad. 1. Se observa el fenómeno de capilaridad mediante la colocación de dos placas de vidrio en un recipiente con agua, separadas con un alambre muy delgado en uno de sus extremos, tal como se muestra en la figura siguiente: Se hace lo mismo pero ahora se colocan las placas en un depósito que contenga mercurio, observando la diferencia que se presenta, con respecto al agua. 2. En un recipiente con agua, como el que se muestra en la figura siguiente, se coloca una navaja de afeitar y una aguja. 3. Dos placas de vidrio humedecidas con agua, se pondrán en contacto una con otra. Posteriormente se tratará de separarlas y se anotarán las observaciones correspondientes. Se observará lo que ocurre, y se harán los dibujos de los experimentos realizados. 3

5 Actividades (tercera parte) Por qué sube el agua en las placas con la forma que se observó? Hasta dónde llegaría el nivel del agua si se tuviesen tubos de diferentes diámetros interconectados entre si? Recopilación de datos Tabla 1.1 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) Líquido Tara W bruto Volumen W neto promedio (N) (N) (m 3 ) (N) (N/m 3 ) (N/m 3 ) (kg/m 3 ) Glicerina SAE 90 SAE 60 Agua 4

6 Tabla 1.2 (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) Líquido y diámetro del balín Distancia (m) Tiempo (s) V (m/s) V prom (m/s) s (kg/m 3 ) l (kg/m 3 ) (Pa.s) (m 2 /s) Glicerina SAE 90 SAE 60 Agua Conclusiones. Deberán ser aportadas por parte del alumno durante la práctica. 5