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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE SAN ANDRES TUXTLA

INGENIERIA ELECTROMECANICA

GRUPO: 402 A

MATERIA:

UNIDAD 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES Y PROPIEDADES DE FLUIDOS

ACTIVIDAD 1: INVESTIGACIÓN

DOCENTE: CARLOS COBAXIN ZUÑICA

INTEGRANTES: CRISTIAN GUADALUPE VASQUEZ CHIGO ARESET CHACHA VILLEGAS CHRISTIAN URIEL GARCIA BUSTAMENTE ANGEL DE JESUS IXBA DE LA CRUZ ARTURO GUTIERREZ UTRERA

SAN ANDRÉS TUXTLA, VER DE 06 MARZO DEL 2022

INTRODUCCION

La realización del laboratorio es la parte del curso de Mecánica de fluidos, que sirve para confirmar los conceptos teóricos desarrollados en clase, con el comportamiento real de los fenómenos físicos; para luego aplicar con confianza los conceptos teóricos en el estudio de manejo de fluidos en diferentes campos de la Ingeniería.

Se llamará fluido a cualquier sustancia que se pueda hacer escurrir mediante una aplicación apropiada de fuerzas. En términos generales, se pueden clasificar en líquidos y gases. Los líquidos son prácticamente incompresibles, por lo que se puede considerar que su volumen es constante, aunque su forma puede variar. Los gases son altamente compresibles, por lo no tienen un volumen característico, sencillamente se expanden hasta llenar cualquier recipiente en que se les coloque.

Todo fluido soporta fuerzas normales o perpendiculares a sus fronteras, sin que haya escurrimiento, y puede estar en equilibrio bajo la acción de una diversidad de fuerzas de este tipo. Sin embargo, un fluido no puede resistir la acción de una fuerza tangencial, ya que tan pronto como se ejerce este tipo de fuerza, el fluido responde deslizándose sobre sus fronteras, provocando el movimiento del fluido.

1.1 CONCEPTOS DE LOS FLUIDOS En la naturaleza las sustancias se presentan en cualquiera de los tres estados de la materia: solido, liquido o gaseoso. Se diferencian, desde el punto de vista de su agrupación molecular, por las distancias y las fuerzas cohesivas intermoleculares; fuerzas que son relativamente grandes en los sólidos, medianas en los líquidos y extremadamente pequeñas en los gases. Esta característica permite separar las sustancias en solo dos grupos: Fluidos y Sólidos. Los gases y los líquidos son fluidos, concretamente por su movilidad al deformarse debido al efecto de cualquier fuerza externa por muy pequeña que sea. Además, los líquidos se diferencian de los gases porque prácticamente son incompresibles, mientras que los gases son comprimibles debido a que las moléculas que lo constituyen pueden aglutinarse o expandirse ocupando todo el espacio que disponen en el recipiente o conducto donde se encuentran. La experiencia diaria nos permite distinguir que un sólido tiene una forma y un volumen definidos, mientras que un líquido mantiene su volumen, pero adopta la forma del recipiente que lo contiene mostrando una superficie libre y, finalmente, un gas no tiene ni forma ni volumen propio. Una distinción entre sólidos y fluidos queda establecida por su diferente respuesta frente a la acción de un esfuerzo: los sólidos se deformarán mientras persista un esfuerzo suficiente, ya que oponen una fuerza igual y de sentido contrario a la aplicada, y tienden a recuperar su forma primitiva total o parcialmente cuando cesa el esfuerzo.

La Mecánica de los fluidos es la ciencia de la mecánica de los líquidos y de los gases, y está basada en los mismos principios fundamentales que la Mecánica de los sólidos. En esta ciencia se combinan los principios fundamentales con los datos experimentales, siendo utilizados éstos para confirmar la teoría o para dar información complementaria al análisis matemático. El resultado final es un cuerpo unificado de principios básicos de Mecánica de fluidos que se puede aplicar a la solución de problemas de flujo de fluidos de importancia en la Ingeniería. Propiedades: Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento. Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido. Propiedades primarias: 

Presión



Densidad



Temperatura



Energía interna



Entalpía



Entropía



Calores específicos



Coeficiente de viscosidad



Propiedades secundarias:



Viscosidad



Conductividad térmica



Tensión superficial



Presión de vapor



presión atmosférica

1.2 DENSIDAD La masa y el volumen son propiedades generales o extensivas de la materia, es decir son comunes a todos los cuerpos materiales y además dependen de la cantidad o extensión del cuerpo. En cambio, la densidad es una propiedad característica, ya que nos permite identificar distintas sustancias. Por ejemplo, muestras de cobre de diferentes pesos 1,00 g, 10,5 g, 264 g, ... todas tienen la misma densidad, 8,96 g/cm3. A todos nos han preguntado alguna vez si es más pesado un kilo de plomo o uno de paja, y muchos nos hemos equivocado y hemos respondido que el kilo de plomo, sin advertir que, en ambos casos, se trata de un kilo.

Y es que un kilo de plomo ocupa mucho menos volumen que un kilo de paja y, por eso, decimos que es más pesado. Para hablar con propiedad, debemos decir que el plomo es más denso que la paja, es decir, que una misma masa, tiene menos volumen. La densidad es una propiedad característica de la materia, que se emplea, por tanto, para determinar el tipo de sustancia. Tiene, además otros usos porque es muy fácil de medir. Se usa, por ejemplo, para saber la cantidad de alcohol de los vinos, o la carga de la batería del coche. Se define como la división

entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Si medimos la masa en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3), como la densidad es el cociente entre masa y volumen, se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta es la unidad estándar de medición de la densidad, pero apenas es empleada. Si se mide la masa en gramos (g) y el volumen en litros (l), la densidad se medirá en gramos por litro (g/l). Esta es la unidad empleada para medir la densidad de los gases, pero equivale exactamente a kilogramo por metro cúbico.

La unidad más usada para medir la densidad es gramo por centímetro cúbico o gramo por mililitro (g/cc o g/ml), ya que mililitro es lo mismo que centímetro cúbico. g/ml es lo mismo que g/cc y equivalen a 1000 g/l y a 1000 kg/m3. Pasar de una unidad a otra es multiplicar o dividir por 1000 o no hacer nada.

1.3 PESO ESPECIFICO El peso específico es la relación existente entre el peso y el volumen que ocupa una sustancia en el espacio. Es el peso de cierta cantidad de sustancia dividido el volumen que ocupa. En el Sistema Internacional se expresa en unidades de Newtons sobre metro cúbico (N/m3). El cálculo del peso específico requiere de otras propiedades de la sustancia, como la densidad y la masa. Matemáticamente, el peso específico se representa con el símbolo gamma (γ) y se expresa como: γ (peso específico) = w (peso ordinario) / V (volumen de la sustancia), o lo que es igual: γ = w/V = m.g/V, en donde m es la masa de la sustancia y g es la aceleración de la gravedad (comúnmente considerada como 9.8 m/s2). Como la densidad (ρ) de una sustancia se define como m/V, se puede escribir al peso específico como γ=ρ.g.

Ejemplos de peso específico Algunos ejemplos de peso específico de distintos materiales son: 

Yeso: 1250 N/m3



Cal: 1000 N/m3



Arena seca: 1600 N/m3



Arena húmeda: 1800 N/m3



Cemento suelto: 1400 N/m3



Losetas de hormigón: 2200 N/m3



Madera de Álamo: 500 N/m3



Madera de Fresno: 650 N/m3



Madera de pino americano: 800 N/m3



Acero: 7850 N/m3



Aluminio: 2700 N/m3



Bronce: 8600 N/m3



Plomo: 11400 N/m3



Zinc: 7200 N/m3



Fundición del hierro: 7250 N/m3



Agua: 1000 N/m3



Asfalto: 1300 N/m3



Papel apilado: 1100 N/m3



Pizarra: 2800 N/m3



Alquitrán: 1200 N/m3



Granito: 2800 N/m3



Peso específico y densidad

La relación entre el peso específico (m.g/V) y la densidad (m/V) es análoga a la que existe entre el peso (m.g) y la masa (m) de una sustancia. Resulta evidente que cuanta más masa tiene cierta cantidad de una sustancia, mayor es su peso. De la misma manera, cuanto más densa sea esa cantidad de sustancia, cuanta más masa entre en determinado volumen, mayor será su peso específico, ya que mayor “masa por gravedad” entrará en ese volumen. Es la propiedad que nos indica cuánto pesa una unidad de volumen de una sustancia (puede ser gas, líquido o sólido). Robert L. Mott en su libro Mecánica de fluidos define el peso específico como "...la cantidad de peso por unidad de volumen en una sustancia...". Hay que tener en cuenta

que peso es una unidad de fuerza, por lo tanto, es correcto y claro hablar de la "cantidad de peso", aunque para muchas personas esto no sea normal o frecuente. El peso específico de una sustancia homogénea es la división entre el peso que tiene una sustancia y el volumen que está ocupando y se representa con la letra griega gamma (γ)

donde: - γ es el peso específico - P es el peso - V es el Volumen Cuando se utiliza la palabra “específico” a una magnitud física, se indica que es “por unidad de masa”. De acuerdo a lo anterior, peso específico debería ser el peso de una unidad de masa, y no el peso de una unidad de volumen como se denomina realmente. Es decir, se debería llamar de manera correcta “densidad de peso”, pero está aceptado el uso de “peso específico”.

1.4 VOLUMEN ESPECÍFICO El volumen específico se define como la cantidad de metros cúbicos ocupados por un kilogramo de materia. Es la relación entre el volumen de un material y su masa, que es el mismo que el recíproco de su densidad. En otras palabras, el volumen específico es inversamente proporcional a la densidad. El volumen específico puede calcularse o medirse para cualquier estado de la materia, pero se usa con mayor frecuencia en cálculos que involucran gases. La unidad estándar para el volumen específico es metros cúbicos por kilogramo (m 3 / kg), aunque puede expresarse en términos de mililitros por gramo (mL / g) o pies cúbicos por libra (ft 3 / lb). Intrínseco e Intensivo La parte "específica" de un volumen específico significa que se expresa en términos de unidad de masa. Es una propiedad intrínseca de la materia , lo que significa que no depende del tamaño de la muestra. De manera similar, el volumen específico es una propiedad intensiva de la materia que no se ve afectada por la cantidad de sustancia que exista o el lugar donde se muestreó. Fórmulas de volumen específicas Hay tres fórmulas comunes que se utilizan para calcular el volumen específico (ν):   

ν = V / m donde V es el volumen ym es la masa ν = 1 / ρ = ρ -1 donde ρ es la densidad ν = RT / PM = RT / P donde R es la constante del gas ideal , T es la temperatura, P es la presión y M es la molaridad

La segunda ecuación generalmente se aplica a líquidos y sólidos porque son relativamente incompresibles. La ecuación se puede usar cuando se trata de gases, pero la densidad del gas (y su volumen específico) puede cambiar drásticamente con un ligero aumento o disminución de la temperatura. La tercera ecuación sólo se aplica a gases ideales o gases reales a temperaturas y presiones relativamente bajas que se aproximan a los gases ideales. Tabla de valores de volumen específicos comunes Los ingenieros y científicos suelen consultar tablas de valores de volumen específicos. Estos valores representativos son para temperatura y presión estándar ( STP ), que es una temperatura de 0 ° C (273,15 K, 32 ° F) y una presión de 1 atm. Sustancia

Densidad Volumen específico (kg / m 3 )(m 3 / kg)

Aire

1.225

0,78

Sustancia

Densidad Volumen específico (kg / m 3 )(m 3 / kg)

Hielo

916,7

0,00109

Agua (liquida)

1000

0,00100

Agua salada

1030

0,00097

Mercurio

13546

0,00007

R-22 *

3,66

0,273

Amoníaco

0,769

1,30

Dióxido de carbono1.977

0.506

Cloro

2.994

0.334

Hidrógeno

0.0899

11.12

Metano

0,717

1,39

Nitrógeno

1,25

0,799

Vapor*

0,804

1,24

Las sustancias marcadas con un asterisco (*) no están en STP. Dado que los materiales no siempre se encuentran en condiciones estándar, también hay tablas para materiales que enumeran valores de volumen específicos en un rango de temperaturas y presiones. Puede encontrar tablas detalladas para aire y vapor. Usos de volumen específico El volumen específico se usa con mayor frecuencia en ingeniería y en cálculos termodinámicos para física y química. Se utiliza para hacer predicciones sobre el comportamiento de los gases cuando cambian las condiciones. Considere una cámara hermética que contiene un número determinado de moléculas:     

Si la cámara se expande mientras el número de moléculas permanece constante, la densidad del gas disminuye y el volumen específico aumenta. Si la cámara se contrae mientras el número de moléculas permanece constante, la densidad del gas aumenta y el volumen específico disminuye. Si el volumen de la cámara se mantiene constante mientras se eliminan algunas moléculas, la densidad disminuye y el volumen específico aumenta. Si el volumen de la cámara se mantiene constante mientras se agregan nuevas moléculas, la densidad aumenta y el volumen específico disminuye. Si la densidad se duplica, su volumen específico se reduce a la mitad.



Si el volumen específico se duplica, la densidad se reduce a la mitad.

Volumen específico y gravedad específica Si se conocen los volúmenes específicos de dos sustancias, esta información se puede utilizar para calcular y comparar sus densidades. Al comparar la densidad se obtienen valores de gravedad específica. Una aplicación de la gravedad específica es predecir si una sustancia flotará o se hundirá cuando se coloque sobre otra sustancia. Por ejemplo, si la sustancia A tiene un volumen específico de 0.358 cm 3 / gy la sustancia B tiene un volumen específico de 0.374 cm 3 / g, tomando el inverso de cada valor se obtendrá la densidad. Por tanto, la densidad de A es 2,79 g / cm 3 y la densidad de B es 2,67 g / cm 3. La gravedad específica, comparando la densidad de A con B es 1.04 o la gravedad específica de B en comparación con A es 0.95. A es más denso que B, por lo que A se hundiría en B o B flotaría en A. Ejemplo de cálculo Se sabe que la presión de una muestra de vapor es de 2500 lbf / in 2 a una temperatura de 1960 Rankine. Si la constante del gas es 0.596, ¿cuál es el volumen específico del vapor? ν = RT / P ν = (0.596) (1960) / (2500) = 0.467 pulg 3 / lb

1.5 GRAVEDAD ESPECÍFICA La gravedad específica de un fluido, que se representa con la letra S, se define como la relación entre la masa de un volumen determinado de dicho fluido y la masa de un volumen igual de agua a 4°C. Esta es una propiedad intensiva de la materia lo que significa que depende solo de su composición y no de la cantidad de materia presente. La fórmula que define la gravedad específica es:

Sin embargo, como sabemos que la densidad de cualquier sustancia viene dada por la relación entre su masa y su volumen, de donde se obtiene que la masa es igual a la densidad por el volumen (m = ρ.V), esta ecuación se puede reescribir en términos de las densidades de ambos fluidos como sigue:

Esto significa que la gravedad específica en realidad mide la densidad relativa de un fluido en función de la densidad del agua a 4°C. La razón por la que se utiliza como patrón el agua a 4°C es que, a dicha temperatura, el agua adquiere su densidad máxima. ¿Cómo se mide la gravedad específica? La gravedad específica se mide con el uso de un hidrómetro. Este consiste en un tubo de vidrio que contiene un peso de plomo o mercurio en el fondo y una escala graduada en la parte recta superior. El hidrómetro funciona en base al principio de Arquímedes, según el cual, un cuerpo que flota sobre un líquido desplaza un volumen de líquido equivalente a su propio peso. Al introducir el tubo en un líquido, el nivel de flotación del hidrómetro determina la gravedad específica del mismo.

Si el hidrómetro flota más arriba, entonces el líquido tendrá una gravedad específica mayor que 1, mientras que, si se sumerge más profundo, significa que el fluido es menos denso que el agua, por lo que el hidrómetro marcará un valor menor que 1.

Por esta razón, se suelen diseñar hidrómetros diferentes para los casos en los que se quiera medir la gravedad específica de fluidos más densos que el agua y aquellos en los que se quiera medir la de fluidos menos densos. Ejemplo Supongamos que deseamos determinar la densidad de la glicerina a 25°C en unidades de libras por pie cúbico. Entonces, a partir de la fórmula de gravedad específica despejamos la densidad del fluido:

De la primera tabla obtenemos el valor de la gravedad específica de la glicerina, que es 1,263, mientras que de la segunda tabla obtenemos la densidad del agua a 4 °C en unidades de libras por pie cúbico, que es 62.4 lb/pie3 y sustituimos en la fórmula:

Así, de manera muy sencilla obtenemos la densidad en las unidades deseadas.

1.6 VISCOSIDAD DEL LUBRICANTE ABSOLUTA Y VISCOSIDAD DEL LUBRICANTE CINEMÁTICA De todas las pruebas empleadas en el análisis de lubricantes, ninguna proporciona una mejor respetabilidad y consistencia que la viscosidad. De igual manera, no hay propiedad más crítica para la lubricación de los componentes de una máquina que la viscosidad del aceite básico. Sin embargo, hay más sobre la viscosidad de lo que a simple vista parece. La viscosidad puede ser medida y reportada como viscosidad del lubricante dinámica (absoluta) o viscosidad del lubricante cinemática. Las dos se confunden fácilmente, aunque son significativamente diferentes. La mayoría de los laboratorios de análisis de lubricantes usados miden y reportan la viscosidad del lubricante cinemática. Por el contrario, la mayoría de los viscosímetros de campo miden viscosidad absoluta, pero están programados para estimar y reportar la viscosidad cinemática, de manera tal que las mediciones de viscosidad reportadas reflejan los números de viscosidad reportados por la mayoría de los laboratorios y los proveedores de lubricantes. Dada la importancia del análisis de la viscosidad aunado al incremento en la popularidad de los instrumentos de campo usados para analizar y complementar en sitio los análisis de laboratorio, es esencial que los analistas entiendan claramente las diferencias entre viscosidad absoluta y la cinemática En términos generales, la viscosidad de un fluido es su Resistencia a fluir (por el esfuerzo de corte) a una temperatura dada. Algunas veces, se hace referencia a la viscosidad como espesor (o peso). La viscosidad no es una medida dimensional, así que llamar un aceite viscoso como espeso y a uno poco viscoso como delgado es un error. De igual manera, reportar la tendencia en l...