Guia Labs R2

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  • GUAS DE LABORATORIO DEL CURSO DEMECNICA DE FLUIDOS

    Revisin Fecha Elabor Descripcin0 2011-1 Javier Garca Elaboracin del documento1 2013-1 Juan Jos Gmez Modificaciones a practicas2 2013-2 Juan Jos Gmez Se incluye practica 9

    UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

    FACULTAD DE INGENIERA

    DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

    BOGOTA - COLOMBIA

    2013

  • Rev. 2 Guas de laboratorio de mecnica de fluidos

    Prctica 1Propiedades fsicas de los fluidos

    1. IntroduccinLas propiedades fsicas de los fluidos son determinantes en el comportamiento de estos en problemas

    de transferencia de momento, calor y masa. En la mayora de aplicaciones de la mecnica de fluidos ladensidad y la viscosidad son las propiedades ms importantes, las cuales son una representacinmacroscopica de lo que ocurre a nivel molecular. La primera de ellas, la densidad, se describe como lamasa de un fluido por unidad de volumen. Esta propiedad es dependiente de las condiciones de presiny temperatura; sin embargo, en el caso de los lquidos se puede decir que su densidad no vara en unrango amplio de presiones y, por lo tanto, se pueden considerar fluidos incompresibles, a diferencia delos gases, que son altamente compresibles. La segunda propiedad importante, la viscosidad, se describecomo la capacidad de un fluido para oponerse al movimiento. Los fluidos pueden clasificarse comofluidos newtonianos o no newtonianos, dependiendo del comportamiento de la viscosidad con respectoa la tasa de corte. La viscosidad es la responsable de disipar energa en un flujo, por lo cual es unavariable importante en el diseo de circuitos hidralicos, bombas, turbinas, entre otros. La densidady la viscosidad pueden generar una nueva variable derivada conocidad como viscosidad cinemtica = .

    2. ObjetivosEsta practica tiene 3 objetivos fundamentales:

    Determinar experimentalmente la densidad de un fluido newtoniano a temperatura ambiente.

    Determinar experimentalmente la curva de esfuerzo cortante contra tasa de deformacin y laviscosidad absoluta de un fluido newtoniano a temperatura ambiente.

    Determinar experimentalmente la curva de esfuerzo cortante contra tasa de deformacin parafluidos no-newtonianos a temperatura ambiente y evidenciar la diferencia en su comportamientoreolgico.

    3. Elaboracin del preinforme

    3.1. Marco TericoDescriba brevemente las propiedades de densidad y viscosidad. Incluya una breve descripcin del

    principio de funcionamiento del picnmetro as como del viscosmetro de cilindros concntricos. Inves-tigue sobre los fluidos newtonianos y no newtonianos; describa su comportamiento reolgico.

    4. Equipos y materiales a utilizarPicnmetro.

    Remetro Brookfield (Figura 1).

    Balanza electrnica.

    Termmetro.

    1 fluido newtoniano: Agua o glicerina.

    1

  • Rev. 2 Guas de laboratorio de mecnica de fluidos

    2 fluidos no newtonianos: Por ejemplo vinagre, aceite o salsas no muy viscosas.

    Accesorios de limpieza para el aseo de los instrumentos al finalizar la prctica: se sugiere uncepillo de dientes y jabn para limpiar el cilindro con la muestra.

    Figura 1: Remetro Brookfield utilizado en la prctica.

    5. Procedimiento experimental

    5.1. Determinacin de la densidad del agua a temperatura ambienteTome la medida de temperatura ambiente.

    Limpie el picnmetro y tome su peso, incluyendo el tapn.

    Llene el picnmetro con agua de densidad conocida. (Con ayuda de las tablas puede determinaresta magnitud a la temperatura ambiente de la prueba).

    Inserte el tapn hasta que no haya aire en la botella y asegure firmemente el tapn en su posicin.

    Registre el peso del conjunto con ayuda de la balanza.

    Vace el picnmetro, lmpielo y squelo.

    5.2. Anlisis reolgico de un fluido newtoniano a temperatura ambienteEncienda el computador en el cual se encuentra el software Rheocalc V3.0, el cual ser utilizadopara el control de la prueba. Asegrese de conectar el computador al remetro mediante el cableDVP-80 a los puertos posteriores del equipo antes de encenderlo.

    Encienda el remetro Brookfield accionando el interruptor localizado en la parte posterior delmismo (Figura 2). La pantalla mostrar el nombre y modelo del viscosmetro de la siguientemanera: Brookfield Rheometer Model DV-III. En la pantalla el equipo presentar la opcin decontrol autnomo o control externo. Asegrese de seleccionar la ltima.

    2

  • Rev. 2 Guas de laboratorio de mecnica de fluidos

    Coloque en el recipiente del adaptador para muestras pequeas (Small Sample Adapter) unacantidad aproximada de 5 mL de fluido.

    Introduzca con mucho cuidado el Spindle SC4-18 dentro del recipiente del adaptador para mues-tras pequeas.

    Inserte el recipiente del adaptador de muestras pequeas dentro del cilindro hueco que funcionacomo chaqueta de calentamiento. Introduzca el recipiente por la parte inferior del cilindro hastaque la ranura del recipiente encaje con el pin de cilindro hueco. Asegrese de que el recipienteest bien montado.

    Figura 2: Vista posterior del Reometro Brookfield.

    Asegrese de que el remetro est correctamente nivelado, centrando la burbuja en la partesuperior del mismo, y ejecute el comando autozero desde el software para la autocalibracin delinstrumento. Posteriormente, seleccione el spindle SC4-18 en el software.

    Asegure el Spindle al eje de rotacin del remetro. Esto se realiza con la ayuda de la tuercaubicada en el extremo del Spindle (Figura 3).

    3

  • Rev. 2 Guas de laboratorio de mecnica de fluidos

    Figura 3: Spindle SC4-18.

    Registre mediciones de viscosidad absoluta, esfuerzo cortante y tasa de corte para diferentesvelocidades de rotacin del husillo del remetro, modificando este parmetro directamente en elsoftware. El equipo puede operar hasta 250 RPM, pero solo se pueden obtener lecturas acertadasen un rango de velocidades ms limitado dependiendo de la viscosidad del fluido. El proceso deseleccin de las velocidades es de ensayo y error, hasta lograr lecturas satisfactorias, como loindicar el instrumento.

    Registre los datos en la tablal mostrada al final de esta gua.

    Limpie muy bien todos los accesorios utilizados.

    5.3. Anlisis reolgico de dos fluidos no newtonianos a temperatura am-biente

    Repita los pasos de la seccin 5.2 para cada uno de los fluidos no newtonianos escogidos.

    6. InformeEl informe debe realizarse siguiendo el formato de presentacin de informes (Apndice A) y debe

    contener la siguiente informacin:

    Ecuaciones utilizadas en los clculos de las propiedades fsicas de los fluidos a partir de sus datos.

    Curvas obtenidas de esfuerzo cortante contra tasa de deformacin.

    Ajuste de las curvas y regresiones utilizadas.

    Comparacin del comportamiento de los fluidos utilizados.

    Anlisis de resultados.

    Anlisis cualitativo de error y posibles fuentes de error (incluir precisin del instrumento).

    Conclusiones (Se sugiere colocar al menos una conclusin de cada variable observada o calculada).

    4

  • Rev. 2 Guas de laboratorio de mecnica de fluidos

    7. Informacin y recomendacionesEl grupo que no prepare marco terico NO podr presentar el laboratorio.

    Es indispensable el uso de bata en el laboratorio.

    Tiempo estimado para la prctica: 40 minutos. Se recomienda la puntualidad dado que son variosgrupos. 15 minutos depues de iniciada la prctica no podra hacer parte de ella.

    5

  • Rev. 2 Guas de laboratorio de mecnica de fluidos

    Datos

    exp.

    Fluido1

    Fluido2

    Fluido3

    (R

    PM)

    Gradiente

    (s1)

    Esfuerzo

    cortan

    te(Pa)

    Viscosida

    d(mPas)

    Gradiente

    (s1)

    Esfuerzo

    cortan

    te(Pa)

    Viscosida

    d(mPas)

    Gradiente

    (s1)

    Esfuerzo

    cortan

    te(Pa)

    Viscosida

    d(mPas)

    10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    110

    120

    130

    140

    150

    160

    170

    180

    190

    200

    Cuadro 1: Tabla para la recoleccin de datos

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  • Rev. 2 Guas de laboratorio de mecnica de fluidos

    Prctica 2Fuerza ejercida por un fluido sobre una superficie

    1. IntroduccinToda superficie en contacto con un fluido soporta una presin que genera un fuerza perperdicular

    a la superficie. En el caso en el que el fluido est en condiciones estticas, esta presin es generadapor el peso del fluido que se encuentra por encima de la superficie. Por tal razn, se puede decir quela presin es mayor a nivel del mar que en una ciudad como bogota, dado que la columna de aire esaproximandamente 2600 metros mayor. La presin tambin depende de la densidad del fluido que cubreel objeto, dado que si el fluido posee mayor densidad, mayor sera su peso y mayor presin ejercersobre una superficie. Si tomamos un vaso lleno de agua, las paredes de dicho vaso experimentan unafuerza ejercida por la presin en la direccin radial hacia afuera del vaso. Si extrapolamos el ejemplo amayor escala, es claro que los clculos de presin son importantes para el diseo de grandes tanques dealmacenamiento, compuertas, represas, submarinos, entre otros. La fuerza que soporta una superficiedepende nicamente de su geometra y la profundidad a la cual esta sumergida.

    2. ObjetivosDeterminar la fuerza de empuje y la presin hidrosttica actuando sobre una superficie planasumergida en agua cuando la superficie se encuentra parcial y totalmente sumergida.

    Determinar la posicin del centro de presin de la fuerza ejercida.

    3. Elaboracin del preinforme

    3.1. Marco TericoDescriba brevemente el funcionamiento del dispositivo de presin hidrosttica marca Armfield (F1-

    12) y la teora sobre el clculo y determinacin del centro de presiones. Es importante que entiendacon anterioridad las ecuaciones que describen la prctica, dado qu