Laboratorio Suelos.docx

2. MARCO TEÓRICO Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante, sin importar qué tan pequeño sea ese esfuerzo cortante. Un esfuerzo cortante es la componente de fuerza tangente a una superficie, y esta fuerza dividida por el área de la superficie es el esfuerzo cortante promedio sobre dicha superficie. es importante conocer sus propiedades físicas para observar cual es el comportamiento de cada uno de ellos. Las propiedades de los fluidos categorizan el estado o la condición de este Deben examinarse las propiedades intensivas y extensivas como la densidad, peso específico y la gravedad específica de cada uno de los fluidos; en donde se analicen las propiedades de presión de vapor, energía y sus diversas formas, en gases ideales y sustancias incompresibles

Figura 2.1cilindro graduado con varios líquidos de colores con diferentes densidades. (https://www.google.com.co/search?q=densidad&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwi vxKbn1cXSAhVLyGMKHXKeAioQ_AUICCgB&biw=1366&bih=662#imgrc=pYPPWn0VUHV GuM:)

2.1. Densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Por tanto, si se denota la densidad con la letra griega p (rho), se tiene 𝒑 = 𝒎/𝒗 donde V es el volumen de la sustancia que tiene masa m. Las unidades de la densidad son kilogramos por metro cúbico, en el SI, y slugs por pie cúbico en el Sistema Tradicional de Estados Unidos. La densidad tiene un valor en cada punto dentro de la masa (continuo) y puede variar de un punto a otro, esto hace que el fluido sea compresible e incompresible. Por lo tanto, la definición antes mencionada es la de una densidad promedio. La densidad de los fluidos varía ampliamente entre ellos, en condiciones atmosféricas, la densidad del aire es de aproximadamente 1,22 𝐾𝑔𝑚 / 𝑚3 , la del agua es de 1000 𝐾𝑔𝑚 / 𝑚3 y la del mercurio es de 13560 𝐾𝑔𝑚 / 𝑚3 . Para un fluido específico la densidad varia con la temperatura y la presión.

 = 𝑓 (𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎, 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛)

2.2 Viscosidad Es la propiedad del fluido en virtud de la cual este ofrece resistencia a las tensiones de cortadura. La ley de la viscosidad de newton establece que para una velocidad angular de deformación dada del fluido la tensión de cortadura es directamente proporcional a la viscosidad. Las melazas y el alquitrán son ejemplos de fluidos muy viscosos, el agua y el aire son fluidos poco viscosos. La viscosidad de un gas aumenta con la temperatura, mientras que la viscosidad de un líquido disminuye con la temperatura. La resistencia de un fluido a la tensión de cortadura depende de su cohesión y del grado de transferencia de cantidades de movimientos de sus moléculas. La viscosidad es una característica de los fluidos en movimiento, que muestra una tendencia de oposición hacia su flujo ante la aplicación de una fuerza. Cuanta más resistencia oponen los líquidos a fluir, más viscosidad poseen. Los líquidos, a diferencia de los sólidos, se caracterizan por fluir, lo que significa que, al ser sometidos a una fuerza, sus moléculas se desplazan, tanto más rápidamente como sea el tamaño de sus moléculas. Si son más grandes, lo harán más lentamente.

Figura 2.3 Fluido viscoso y fluido poco viscoso https://www.sanboni.edu.co/fisiclick/fisica/mecanica-de-fluidos/fluidos-en-movimiento/viscosidad/

2.3 Peso especifico Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia. Si se denota el peso específico con la letra griega 𝑦 (𝑔𝑎𝑚𝑚𝑎), entonces, 𝜸=

𝒘 𝑽

donde V es el volumen de una sustancia que tiene peso w. Las unidades del peso específico son los newtons sobre metro cúbico (𝑁/𝑚3) en el SI, y libras sobre pie cúbico (𝐼𝑏/ 𝑝𝑖𝑒3) en el Sistema Tradicional de Estados Unidos. Conviene, con frecuencia, indicar el peso específico o la densidad de un fluido en términos de su relación con el peso específico o la densidad de un fluido común. Cuando en este libro se emplee el término gravedad específica, el fluido de referencia será el agua pura a 4 °C. El agua tiene su mayor densidad precisamente a esa temperatura.

2.4 Volumen especifico Es el volumen ocupado por unidad de masa de un material. Es el inverso 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. 𝑽

𝟏

𝒗=𝒎=𝒑 Donde, V es el volumen, m es la masa y p es la densidad del material

Figura 2.3 Medición de un cuerpo para determinar su densidad (http://fluidosrella.blogspot.com.co/)

2.5 Gravedad especifica La gravedad específica es la razón de la densidad de una sustancia a la densidad del agua a 4 °C. La gravedad específica es la razón del peso específico de una sustancia al peso específico del agua a 4 °C. También se conoce con el nombre de: Densidad relativa o peso específico relativo. A menudo resulta conveniente indicar el peso específico o densidad del fluido en términos de su relación con el peso específico o densidad de un fluido de referencia, de ahí nace el concepto de gravedad específica, que estrictamente se puede definir como: “como la densidad del fluido con la densidad de un fluido de referencia”. En notación matemática, estas definiciones de gravedad específica (sg, por sus siglas en inglés), se expresan como 𝒔𝒈 = 𝜸

𝜸𝒔

𝒘 @𝟒°𝑪

=𝝆

𝝆𝒔 𝒘 @𝟒°𝑪

donde el subíndice 5 se refiere a la sustancia cuya gravedad específica se va a determinar, y el subíndice w se refiere al agua. Las propiedades del agua a 4 °C son constantes, y tienen los valores 𝜸𝒘 @𝟒°𝑪 = 9.81 kN m = 62.4 Ib 𝑝𝑖𝑒𝑠 3 kg

𝝆𝒘 @𝟒°𝑪 = 1000 𝑚3 = 1.94 slugs. 𝑝𝑖𝑒𝑠 3

2.6 Densidad Absoluta La densidad o densidad absoluta es la magnitud que expresa la relación entre la masa y el volumen de una sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es kilogramo por

𝑔

metro cúbico (𝑘𝑔/𝑚3 ), aunque frecuentemente también es expresada en( 3 ). La densidad es una 𝑐𝑚 magnitud intensiva. 𝝆=

𝒎 𝑽

Siendo 𝝆, la densidad, m la masa y V el volumen de la sustancia

2.7 Densidad Relativa La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades) 𝝆𝒓 =

𝝆 𝝆𝒐

Siendo 𝝆𝒓 la densidad relativa, 𝝆 densidad de la sustancia, y 𝝆𝒐 es la densidad de referencia o absoluta.

3. METODOLOGIA Para el desarrollo de este informe de laboratorio de mecánica de fluidos, se fue necesario el uso de diferentes materiales para tomar los datos correspondientes:

  

Un beaker de 200ml Fluidos (aceite de motor, aceite de cocina, miel, alcohol, glicerina) Una balanza

Inicialmente se tomó el peso del beaker debidamente seco y vacío con ayuda de la balanza, se llenó el beaker del fluido hasta los 200ml donde calculamos su peso restando este valor con el valor del peso del beaker vacío. Este paso se realizó con todos los fluidos en el laboratorio con el fin de hallar la densidad experimentalmente y compararla con la densidad teórica.

Figura 3.1 Fluidos utilizados en el laboratorio

Figura 3.2 Montaje del laboratorio

Mecánica de fluidos (Robert mott) 6ta-edicion.(pag. 14-15) Mecanica de Fluidos ( Victor L. Streeter) 4ta-edicion (pag.18-19) https://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_espec%C3%ADfico https://es.pdfcoke.com/doc/94090901/Densidad-Absoluta-y-Relativa