UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS

FACULTAD DE INGENIERÌA

ESCUELA DE INGENIERÌA CIVIL

AREA DE HIDRÀULICA

LABORATORIO DE MECÀNICA DE FLUIDOS

INSTRUCTOR: MSc. Ing. Luis Sandoval.

LABORATORIO I: “PROPIEDADES BÀSICAS DE LOS FLUIDOS”.

NOMBRE CARNET

Apolinario Francisco Vàsquez Cipriano 200915259

Pablo Rodolfo Garcia Mansilla 201113806

Jonathan Asael Mejìa Ardeano 201113874

Wilmer Estiven Lòpez Enriquez 201122862

GRUPO 1.2

FECHA: 04/09/2012

INTRODUCCIÒN

Desde los tiempo más remotos la humanidad siempre ha vivido con fluidos y con el pasar

del tiempo los ha ido comprendiendo de mejor manera para poder hacer uso de ellos, por

tal motivo es que se han estudiado a mayor profundidad y aprovecharlos de mejor

manera. Como estudio de dicha materia, en la primera práctica de laboratorio de

Mecánica de Fluidos, se analiza cada una de las propiedades básicas de los fluidos, a su

vez se mostró la relación que existe entre cada una de ellas con lo que se concluye cómo

obtener cada una de sus propiedades de manera teórica.

La propiedades básicas de los fluidos no se utilizan únicamente para obtener datos, si no,

que también se pueden utilizar en varios conceptos de los fluidos y no de ellos es la

Presión Hidrostática en donde se analizan las distintas presiones que se ejercen sobre

cierto fluido a cierta altura, tomando en cuenta la densidad del fluido y la aceleración que

ejerce la gravedad. Y como parte de dicho análisis se realizaron cálculos sobre las

propiedades básicas y sobre las distintas presiones que existían en los manómetros

diferenciales tipo U, que se ejemplifican en al sección de anexos, lo cual se presenta en el

reporte siguiente.

OBJETIVOS:

1. Leer de forma correcta un manómetro diferencial. 2. Determinar las propiedades básicas de todo fluido a tres líquidos: el aceite SAE 40, la gasolina y el

mercurio. 3. Comparar los resultados obtenidos con los resultados teóricos.

MARCO TEÓRICO

Propiedades básicas de los fluidos

Definición de fluido

Un fluido es una sustancia que no puede soportar ningún esfuerzo de cizalla sin moverse

(fluir). Los fluidos engloban tanto a líquidos como gases. El origen de la diferencia entre

líquidos y gases está en la magnitud de sus fuerzas cohesivas. En un líquido la distancia

intermolecular es menor, por tanto, las fuerzas cohesivas son también mayores. Los

líquidos tienden a conservar su volumen. Sin embargo, un gas es libre de expansionarse

hasta que encuentre paredes que lo confinan.

Densidad

. La densidad es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa

Densidad relativa

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; es una magnitud adimensional (sin unidades).

donde es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y es la densidad de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/dm3.

Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

Peso especifico

Es la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.

Su expresión de cálculo es:

siendo,

, el peso específico; , el peso de la sustancia; , el volumen de la sustancia; ,

la densidad de la sustancia; , la aceleración de la gravedad

Volumen especifico

El volumen específico ( ) es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es la inversa de la densidad, por lo cual no dependen de la cantidad de materia. Ejemplos: dos pedazos de hierro de distinto tamaño tienen diferente peso y volumen pero el peso específico de ambos será igual. Este es independiente de la cantidad de materia que es considerada para calcularlo. A las propiedades que no dependen de la cantidad de materia se las llama propiedades intensivas; dentro de estas están también por ejemplo el punto de fusión, punto de ebullición, el brillo, el color, la dureza, etc.

donde, es el volumen, es la masa y es la densidad del material.

Se expresa en unidades de volumen sobre unidades de masa.

Presión hidrostática

Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura a la que esté sumergido el cuerpo y se calcula mediante la siguiente expresión:

Donde:

es la presión hidrostática (en pascales);

es la densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico);

es la aceleración de la gravedad (en metros sobre segundo al cuadrado);

es la altura del fluido (en metros). Un líquido en equilibrio ejerce fuerzas perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior

es la presión atmosférica

DESCRIPCIÒN DEL ENSAYO:

La práctica comenzó de manera teórica en donde el ingeniero encargado de impartir el

laboratorio inició con las propiedades básicas de los fluidos en donde se mostro cada una

de las diferentes relaciones que tienen entre sí, luego de ello continuó con la hidrostática

en donde se nos explicó cómo encontrar un punto de referencia, como realizar las

relaciones de altura respecto de ese punto de referencia, y con qué fórmulas encontrar las

distintas incógnitas que se puedan plantear en un problema determinado. Una vez

terminada la parte teórica, se continuó con la parte práctica en donde se nos indicó que se

deberían de tomar ciertas medidas para tres diferentes manómetros diferenciales tipo U,

los cuales se ejemplifican en la sección de anexos, de los cuales cada uno tenía dos

diferentes líquidos, aunque todos coincidían en tener agua como uno de sus dos líquidos.

Las medidas que se requerían eran las siguientes: altura de cada uno de los dos fluidos y el

menisco, el cual es la separación de ambos líquidos, esto para cada uno de los

manómetros.

Se procedió a medir cada uno de los manómetros los cuales fueron en el siguiente orden:

Agua-Gasolina, Agua-Mercurio y Agua-Aceite. Cabe mencionar que se nos pidió un

especial cuidado para el manómetro que contenía los líquidos Agua-Mercurio ya que la

cinta métrica tenía dígitos negativos, es decir su enumeración más baja no era el número

cero, además de ello se nos explicó que este manómetro se tiene fijo en un lugar debido al

considerable costo del mercurio y así evitar cualquier accidente con él. Una vez anotados

los datos se culmino con la primera práctica del Laboratorio de Mecánica de Fluidos.

EQUIPO UTILIZADO

Cuatro líquidos manométricos: agua, gasolina, aceite SAE 40, y mercurio.

Tres manómetros Tipo U,

Uno para agua y gasolina

Otro para agua y aceite SAE 40

Y para agua y mercurio

Tres reglas graduada en cm.

DATOS DE LABORATORIO:

Agua y gasolina

Agua y mercurio

Agua y aceite SAE 40

CÀLCULOS Ecuación utilizada en todos los cálculos para calcular la densidad:

Factores de conversión:

Densidad

Peso específico

Agua y gasolina

Densidad:

o Conversiones:

Peso específico:

o Conversiones:

Densidad relativa:

Volumen específico:

Agua y mercurio

Densidad:

o Conversiones:

Peso específico:

o Conversiones:

Densidad relativa:

Volumen específico:

Agua y aceite SAE 40

Densidad:

o Conversiones:

Peso específico:

o Conversiones:

Densidad relativa:

Volumen específico:

Resultados Tabulados

Gasolina

Densidad Peso específico Volumen específico Densidad relativa

Sistema Internacional

Gravitacional Inglés

Técnico Gravitacional

Mercurio

Densidad Peso específico Volumen específico Densidad relativa

Sistema Internacional

Gravitacional

Inglés

Técnico Gravitacional

Aceite SAE 40

Densidad Peso específico Volumen específico

Densidad relativa

Sistema Internacional

Gravitacional

Inglés

Técnico Gravitacional

ANÀLISIS DE RESULTADOS:

Los resultados obtenidos se dieron en tres sistemas: el Sistema Internacional, el Sistema

Gravitacional Inglés y el Sistema Técnico Gravitacional. Sabemos que un factor

importante en los cambios de las propiedades básicas de todo fluido es la Temperatura. A

mayor temperatura menos densidad, por lo tanto hace que aumenten o disminuyen las

propiedades básicas del fluido. Para comenzar con nuestro análisis era necesario hacer

este pequeño recordatorio, puesto que se llevará una comparación de los resultados

obtenidos con los resultados teóricos, además que se utilizará más el análisis de la

densidad puesto que de la densidad dependen el resto de las propiedades de los fluidos.

Analizando la densidad de la gasolina la cual tiene un resultado experimental de 730.159

kg/m3 y el resultado teórico a 20ºC es de 680 kg/m3, podemos notar que hay una

diferencia de 50.159 kg/m3, además, la densidad del mercurio obtenida fue 13903.226

kg7m3, y la densidad teórica a 20ºC es de 13560 kg/m3, existe una diferencia de 343.226

kg/m3. Las diferencias se deben a los factores de temperatura y a una toma de datos

errónea seguramente, es decir, que la altura “h3” que se obtuvo en el laboratorio es

incorrecta, puesto que se obtuvo de forma indirecta (no se midió directamente esa altura,

se obtuvo de diferencias de alturas). También se debe tomar en cuenta que no tomamos

en cuenta la variación de presión como factor influyente en los resultados, puesto que los

líquidos son incompresibles, por lo tanto el volumen se mantiene y también la masa, lo

que nos indica que la densidad no presenta cambios apreciables.

En el aceite SAE 40 se tiene como resultado experimental 890.323 kg/m3 y el resultado

teórico es de 890 kg/m3 para una temperatura de 15ºC. Como podemos notar, de aquí

partimos para dar una conclusión, puesto que la densidad del aceite a 15ºC es muy

próxima a la obtenida en el laboratorio, entonces podemos decir que la temperatura

teórica a la que se realizaba el experimento era aproximadamente 15ºC.

El peso específico, el volumen específico y la densidad relativa se calcularon por medio de

la densidad obtenida, por tal motivo decíamos que el resto de las propiedades básicas de

todo fluido depende de la densidad, y éstos tienden a variar lógicamente cuando varía la

densidad con la temperatura.

BIBLIOGRAFÍA

Instructivo del Laboratorio de Mecánica de Fluidos

Practica 1 Propiedades Básicas de los Fluidos

Mecánica de Fluidos Aplicada

Robert Mott, Prentice Hall

6ta. edición