informe 1 mecanica de fluidos agua y laboratorio
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Este informe detalla la medición de propiedades físicas de líquidos utilizando diversos métodos como picnómetro, densímetro, método eureka can y volumétrico. Se realizaron comparaciones entre resultados experimentales y teóricos de densidades de líquidos, identificando soluciones como ácido bórico, agua destilada y aceite de motor. Se concluye que la correcta ejecución de cada método es crucial para obtener datos confiables y que la densidad y viscosidad son fundamentales para entender el comportamiento de fluidos en distintas condiciones.
informe 1 mecanica de fluidos agua y laboratorio
- 1. INFORME PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Barrantes, D.1 Ruiz, A.1 Reyes, E.1 Velandia, D.1 RESULTADOS Método de picnómetro Este instrumento se utilizó para determinar con precisión la densidad relativa de cada líquido. Pesando el picnómetro con cada líquido por separado y comparando sus masas. Método del densímetro El densímetro de inmersión fue sumergido en tres probetas que contenían líquidos diferentes, casi, completamente llenos para permitir que el densímetro flotara libremente sin tocar ni el fondo del recipiente ni las paredes, obteniendo diferentes densidades como se observa en la Tabla N. 1 de acuerdo a cada líquido. Los resultados del picnómetro y el densímetro, permitieron tomar el volumen y las densidades, agregando que con ayuda de un termómetro se obtuvieron las temperaturas de cada líquido. Como resultado, además de haber comparado los valores experimentales de la Tabla N.1 con los valores teóricos de la Tabla. N.2 y sus características colorimétricas y su olfatometría se reconoció el tipo del líquido del que se trataba. En la muestra uno, se observó un color similar al verde uranio, con un olor fuerte, tratándose de una solución de ácido bórico, que es común utilizado en refrigerantes y anticongelantes como aditivo para evitar la corrosión . En la muestra dos, se observó un líquido transparente un poco turbio, su olor era tenue casi irreconocible, tratándose de agua destilada o agua de grifo con baja mineralización, comúnmente utilizada en laboratorios, procesos industriales y aplicaciones domésticas. En la muestra cuatro, se observó un color similar al café oscuro con tonalidad cobriza oscura y olor fuerte, tratándose de aceite usado de motor, que es comúnmente utilizado en automóviles, talleres mecánicos y estaciones de servicio Tabla 1. Registro de características físicas experimentales de sustancias desconocidas Fuente: Autores. 1
- 2. Densidad relativa en las sustancias: Suantacia N.1: 0.995 g/ml Sustancia N.2: 0.91 g/ml Sustancia N.4: 1.006 g/ml Tabla 2. Registro de características físicas teóricas de las sustancias relacionadas con las sustancias desconocidas Fuente: Autores. Método Eureka CAN El método de Eureka CAN para calcular la densidad se basa en el principio de arquímedes, este principio establece que el volumen de agua desplazado por un objeto es igual al volumen del propio objeto. Es un vaso con pico cerca de la boca. Se puede llenar con cualquier líquido hasta el pico, ya que el exceso de líquido sale por el pico. La lata se llena con agua hasta el tope y el objeto cuyo volumen se desea determinar y se introduce en ella. A medida que el objeto encaja en la lata, el agua que desplaza sale por el pico. Esta agua desplazada se puede recoger en una probeta graduada y medir: será igual al volumen del objeto, obteniendo así lo siguiente: Tabla 3. Registro de datos método Eureka CAN Sólido Ancho (cm) Alto (cm) Largo (cm) W Agua Desalojada (g) 1 3 3.1 1.5 128.5 2 2.5 2.3 2.5 127 3 2.5 1.7 2.5 122.5 4 2.5 1.4 2.5 120.2 Fuente: Autores Método Volumétrico Recolectar información acerca de caudales de poca trayectoria o de pequeños aforos. Se basa en la medición del tiempo que tarda en llenarse un recipiente del cual se conoce anteriormente su volumen, se obtuvo los siguientes resultados: 2
- 3. Tabla 4. Registro de datos método Volumétrico N° Datos W Conjunto (gr) Volumen (mm) 1 29.1 35.1 0.5 2 29.2 35.8 1 3 30.8 36.3 1.5 4 31.6 36.8 2 5 32.3 37.2 2.5 6 33.0 37.7 3 7 33.9 38.3 3.5 8 34.8 38.8 4 9 35.7 39.3 4.5 10 36.5 39.8 5 Fuente: Autores - Peso Beaker 1: 28.3 g - Peso Beaker 2: 34.7 g - Temperatura 1: 18.4°C - Temperatura 2: 18.5°C Viscosidad La determinación de un flujo que puede ser laminar, turbulento o transicional según el efecto de la viscosidad en relación con la inercia. El flujo es laminar si las fuerzas viscosas son muy fuertes en relación con las fuerzas inerciales; El flujo es turbulento si las fuerzas viscosas son débiles en relación con las fuerzas inerciales. Algunas características e interfaces tenemos la alta rugosidad superficial de la superficie de contacto con el flujo, sobre todo cerca del borde de ataque y a altas velocidades, irrumpe en la zona laminar de flujo y lo vuelve turbulento; alta turbulencia en el flujo de entrada. Se obtuvieron así los siguientes resultados en los métodos de viscosidad de un fluido: Tabla 5. Registro de datos de viscosidad en un fluido No. Diámetro de las esferas Tiempo 1 3.14 8.96 2 3.14 9.73 3 3.13 8.99 4 3.11 8.89 3
- 4. 5 3.14 8.89 6 3.14 8.81 7 3.13 8.88 8 3.12 8.95 9 3.11 8.91 10 3.14 8.93 Fuente: Autores Tabla 6. Registro de datos obtenidos DATOS X entre las marcas 25.5 T °C 18.2 ρ del fluido 0.960 m de las esferas 1.3 g Diámetro de la probeta 59.67 Fuente: Autores ANÁLISIS DE RESULTADOS Método de picnómetro Para obtener un resultado con el método del picnómetro, es esencial que se utilice un picnómetro con un volumen conocido y se asegure de que no haya burbujas de aire atrapadas al llenar el picnómetro con el líquido. La precisión en la medición de la masa del picnómetro vacío y lleno es crucial para calcular la densidad de manera exacta. Es recomendable realizar varias mediciones y calcular un promedio para reducir el impacto de errores aleatorios, ya que cualquier variación en la medición de la masa o volumen pueden afectar significativamente los resultados. Los errores pueden surgir si el picnómetro no está completamente seco antes de la medición inicial, lo que podría falsear la diferencia de masas. A partir de los datos obtenidos se observó una buena correlación en general entre las mediciones del picnómetro y los valores de densidad obtenidos con el diámetro. Sin embargo, se observan algunas variaciones, particularmente en la tercera medición, la variabilidad en los datos puede ser atribuida a diferencias en las temperaturas y posibles errores en la medición del volumen o masa. Método Eureka CAN En este método la clave para obtener resultados confiables radica en la precisión con la que se mide el volumen de agua desplazada. Cualquier error en la medición del volumen desplazado 4
- 5. puede alterar la precisión del cálculo de la densidad. Es importante evitar salpicaduras o la pérdida de agua durante la inmersión del objeto, ya que esto afectará la cantidad de líquido desplazado y por ende, el volumen medido, además la medición de la masa del objeto también debe ser precisa. Al igual que otros métodos se realizan varias mediciones y se calcula un promedio para ayudar a minimizar errores aleatorios. mostró que los volúmenes medidos por desplazamiento de agua son consistentes con las dimensiones calculadas de los sólidos Método Volumétrico Para obtener resultados confiables con el método volumétrico, es crucial minimizar los posibles errores como: asegurar que el volumen del recipiente sea conocido con exactitud y realizar múltiples mediciones y calcular un promedio para reducir el impacto de errores aleatorios. La precisión está limitada por la exactitud en la medición del volumen y del tiempo. Pequeños errores pueden afectar significativamente el resultado en caudales muy bajos. Viscosidad La densidad y la viscosidad son dos propiedades físicas de los líquidos que están relacionadas, pero no son directamente proporcionales. La densidad es la masa por unidad de volumen de un líquido. Es una medida de cuán "pesado" es un líquido en un volumen determinado. Se expresa comúnmente en kilogramos por metro cúbico (kg/m³) o gramos por centímetro cúbico (g/cm³). La viscosidad es una medida de la resistencia de un líquido a fluir. Se puede entender como cuán "espeso" o "pegajoso" es un líquido. La viscosidad se mide en Pascal-segundos (Pa·s) en el sistema internacional. La densidad y la viscosidad no están directamente relacionadas. Un líquido puede tener alta densidad y baja viscosidad (como el mercurio), o baja densidad y alta viscosidad (como el aceite vegetal). Esto significa que la densidad no determina directamente la viscosidad. A medida que la temperatura aumenta, las moléculas en un líquido se mueven más rápidamente y tienen más energía. Esto tiende a reducir la viscosidad, ya que las fuerzas de atracción entre las moléculas se debilitan. Por lo tanto, un líquido caliente suele fluir más fácilmente que cuando está frío. La viscosidad del agua y de las aguas residuales afecta el diseño de tuberías y canales, ya que influye en la velocidad de flujo y la pérdida de energía debido a la fricción interna. Se deben considerar estos factores para dimensionar adecuadamente los sistemas y evitar obstrucciones o insuficiencia en el drenaje. En proyectos de irrigación, la viscosidad del agua se toma en cuenta para asegurar un flujo uniforme y eficiente en los canales y tuberías que transportan agua a las zonas de cultivo. 5
- 6. CONCLUSIONES El método volumétrico es una herramienta valiosa para medir caudales pequeños con recursos limitados. Aunque sencillo, requiere atención cuidadosa a los detalles para minimizar errores y obtener resultados confiables. Su efectividad radica en la correcta ejecución y en la consideración de las posibles fuentes de error durante el análisis de los resultados. Las soluciones concentradas de ácido bórico son más densas que el agua, reflejando un aumento en la gravedad específica. Tanto el agua destilada como el agua de grifo tienen densidades cercanas a 1.00 g/cm³, con pequeñas diferencias atribuibles a la mineralización en el caso del agua de grifo. El aceite usado de motor tiene una densidad considerablemente menor que el agua, lo que resulta en una gravedad específica inferior a 1.00. A lo largo del experimento se aplicaron diferentes métodos para medir y analizar propiedades físicas de líquidos y sólidos, como densidad, volumen y viscosidad, lo cual permitió obtener una caracterización precisa de las muestras. El uso del picnómetro, el densímetro, el método Eureka CAN y el método volumétrico demostró que cada técnica, aunque sencilla, requiere de una correcta ejecución y un control cuidadoso de las variables para reducir errores y obtener resultados confiables. Se evidenció que la densidad y la viscosidad, aunque no están directamente relacionadas, son fundamentales para comprender el comportamiento de los fluidos en diferentes condiciones. Asimismo, el impacto de la temperatura en estas propiedades destaca su relevancia en aplicaciones prácticas. REFERENCIAS PREDICCIÓN DEL COMPORTAMIENTO DE SUSTANCIAS LÍQUIDAS EN MEZCLAS HETEROGÉNEAS MEDIANTE LA DIFERENCIAL DE LA DENSIDAD Ingeniería Revista Académica de la Facultad de Ingeniería Universidad Autónoma de Yucatán. (s. f.). https://www.revista.ingenieria.uady.mx/ojs/index.php/ingenieria/article/view/218 Raviolo, A., Carabelli, P., & Ekkert, T. (2022, 1 junio). Aprendizaje del concepto de densidad: la comprensión de las relaciones entre las variables. https://rid.unrn.edu.ar/handle/20.500.12049/9270 Guía metodológica para la realización de prácticas de laboratorio de hidráulica (1.a ed). (2011). U. La Salle. 6