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Universidad de Nario

Sistema Integrado de Gestin de la Calidad

MANUAL DE LABORATORIOS DE MECNICA DE FLUIDOS

GUIA: LABORATORIO 1MEDICION DE DENSIDADES Y GRAVEDAD ESPECIFICA

Autores: Hernn Gmez Z Ivn Snchez O - Roberto Garca C

Versin 01

Cdigo: LBE-SPM-GU-01

Proceso: Soporte a Procesos Misionales

Febrero 2010


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SECCION DE LABORATORIOSGUIA: LABORATORIO 1

MEDICION DE DENSIDADES Y GRAVEDADESESPECIFICAS

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Vigente a Partir de 16/02/2010

Manual de Laboratorios de Mecnica de Fluidos Hernn Gmez Ivn Snchez Roberto Garca

FIGURA 1.1. Determinacin de densidad absoluta y gravedad especfica en varios fluidos.Laboratorio de Hidrulica. Universidad de Nario.

_______________________________________________________________________________

1.1 INTRODUCCIN

En el estudio de la mecnica de fluidos se trabaja con un fluido lquido en movimiento o un fluidolquido en reposo. Es importante conocer las propiedades bsicas de los fluidos para que con baseen ellas se establezcan las ecuaciones y clculos que permitan solucionar un problema en funcinde las especificidades del tipo de fluido y sus particularidades en el momento del anlisis.

La densidad de un fluido se obtiene al relacionar la cantidad de masa por unidad de volumen delmismo. Estrechamente relacionada con esta propiedad estn el peso especfico en el que serelaciona el peso por unidad de volumen y la gravedad especfica que establece relaciones entre ladensidad o el peso especfico del fluido y la del agua a 4C.

1.2 OBJETIVOS

Determinar la densidad absoluta de algunos fluidos lquidos.

Medir en forma directa la densidad absoluta de algunos fluidos utilizando el densmetro ohidrmetro.

Determinar experimentalmente la variacin de la densidad del agua en funcin de latemperatura.


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Determinar el peso especfico de algunos lquidos.

Determinar la gravedad especifica de los lquidos de ensayo.

1.3 MATERIALES EQUIPOS: DESCRIPCIN

1.3.1 MaterialesSe usaran fluidos lquidos de comportamiento newtoniano, como agua, aceites, combustibles,alcohol, glicerina entre otros.

1.3.2 Equipos e instrumentos Densmetros o hidrmetro universal, escala con aproximacin en las lecturas de 0.005

unidades de densidad.

Probetas de 250 ml.

Fluidos de ensayo. Termmetro con aproximacin en la lectura de 0.5 C.

Dispositivo de calentamiento del agua.

1.4 FUNDAMENTO TERICO

La densidad de un fluido, (rho) representa la masa de fluido contenida en una unidad devolumen. Desde un punto de vista matemtico, la densidad se define como unidad de masa sobrecantidad de volumen.

V

m

V

mlm

0 [1.1a]

Donde:

: Densidad especficam: Masa del fluidoV: Volumen del fluido

V

m [1.1b]

Elpeso especifico, (gamma) representa el peso de fluido por unidad de volumen.

V

W [1.2]

O tambin:

g* [1.3]

Las dimensiones de la densidad y peso especfico de un fluido segn el sistema de unidadessern:


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TABLA 1.1.- Unidades de la densidad y peso especfico en el SI y el SB

Propiedad Densidad () Peso especfico ()Sistema Internacional kg/m N/m

Sistema Britnico slug/ pie lb/pie

La gravedad especfica o peso especfico relativo (sg) se emplea comnmente para determinar elpeso especfico o la densidad de un fluido en funcin de una magnitud estndar que es la densidad peso especfico del agua a una temperatura de referencia de 4C. La gravedad especfica seexpresa as:

tan

4

sus ciag

ag ua C

s

[1.4]

o tambin:

tan

4

sus ciag

a gu a C

s

[1.5]

Los valores de referencia del agua a 4C, se indican en la tabla 1.2:

TABLA 1.2.- Valores de referencia de densidad y peso especfico para agua a 4C

Propiedad del agua a 4C Densidad () Peso especfico ()Sistema Internacional 1000 kg/m 9810 N/mSistema Cegesimal 1 g/cm 1 dina/cmSistema Britnico 1.94 slug/ pie 62.4 lb/pie

La densidad de un liquido se mide con el densmetro o hidrmetro, el cual consiste en un flotador

constituido por un tubo muy fino que dispone de un lastre en el fondo el cual le permite flotarverticalmente, (figura 1.2) el cual se sumerge en una probeta llena de liquido, cuya densidad sedesea determinar. El funcionamiento del densmetro se basa en el principio de Arqumedes (Todocuerpo que se sumerge en un lquido experimenta un empuje de abajo hacia arriba igual al pesodel volumen de lquido desalojado).

El densmetro dispone de una marca de referencia que debe compararse con respecto a lasuperficie libre del lquido en el que se ha sumergido. Al flotar en agua pura a 4C se leer en lamarca 1.00. Cuando el instrumento se sumerge en un lquido ms denso, el volumen de lquidodesplazado ser menor de manera que el cuerpo estar menos sumergido; la referencia se halla auna altura (h) por encima de la superficie del lquido y se leer un valor de s g>1.00. Si el lquidotiene menor densidad que el agua se desalojar ms lquido, por ende el densmetro se hundirms que al medir la densidad en agua y la marca de referencia se encontrar por debajo de la

superficie libre del fluido, marcando sg


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FIGURA 1.2.- Hidrmetro universal o densmetro sumergido en dos lquidos.

En el estudio de la mecnica de fluidos es conveniente suponer que tanto los gases como los

lquidos se encuentran uniformemente distribuidos dentro de la regin de inters o de estudio; esdecir, el fluido se trata como un medio continuo y por ello se puede considerar como un medio queposee continuidad en todas sus propiedades.

La propiedad primaria que se utiliza para determinar si el supuesto de un continuo es apropiado, esla densidad. Si pes el peso del densmetro (recipiente ms lastre), se tiene que:

p gV [1.6]

Como p= W, entonces:

W m

gV V [1.7]

Donde, m es la masa del flotador, una constante del aparato, y V el volumen desalojadocorrespondiente a la divisin de la escala del flotador, que enrasa con el lquido. Como m esconstante, las divisiones pueden estar graduadas directamente en trminos de densidades. En elcaso especfico de los densmetros a utilizar en el laboratorio, la escala permite realizar lecturascon aproximacin de 0.005 unidades de densidad.

La densidad y el peso especfico del agua varan un poco con la temperatura; las relacionesaproximadas dadas por (Potter y Wiggert, 2003), son:

0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

100

Densmetro en agua pura

a 4C

Densm etro en un fluidomenos denso que e l agua

0.85

0.80

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100


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32

/,180

410002 mkgen

TOH

[1.8]

32

/,18

49800

2mNen

TOH

[1.9]

Donde (T) es el valor de la temperatura en grados Celsius.

Otra expresin dada por (Timmons et al 2002), que se puede utilizar para determinar con mayorprecisin la densidad del agua en kg/m

3para diferentes temperaturas en grados Celsius es:

594634

2323

*10*536336.6*10*120083.1*10*001685.1

*10*095290.9*10*793952.6842594.999)/(

TTT

TTmKg

[1.10]

La siguiente figura expresa la variacin del peso especfico del agua en funcin de la temperaturaal estar sometida a diferentes presiones:

FIGURA 1.3.- Peso especfico del agua pura en funcin de la temperaturay la presin. Fuente: (Franzini y Finnemore, 1999).

Las siguientes tablas presentan valores tpicos de densidad, peso especfico y gravedad especficade lquidos comunes:

1000psia(6.89M

Paabs.)

2000psia(13.79M

Paabs.)

Presinatmosfrica,14.7psia(101.3kPaabs.)

3

Pesoespecficog,

lb/ft

Temperatura, C

Temperatura, F

63.2

63.0

62.8

62.6

62.4

62.2

62.0

61.8

61.6

61.4

61.2

61.0

60.8

60.6

807060504020100 30

17 015 013011 090705030

3

Pesoespecficog,

kN/m

9.90

9.85

9.80

9.75

9.70

9.65

9.60

9.55


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TABLA 1.3.- Propiedades de lquidos comunes. Fuente: (Mott, 2006, pg. 591)

Lquido Gravedadespecfica (sg)

PesoEspecfico

(kN/m3)

Densidad (kg/m3)

Acetona 0,787 7,72 787Alcohol etlico 0,787 7,72 787Alcohol metlico 0,789 7,74 789Alcohol proplico 0,802 7,87 802Amonaco 0,910 8,93 910Benceno 0,876 8,59 876Tetracloruro de Carbono 1,590 15,60 1590Aceite de ricino 0,960 9,42 960

Etilenglicol 1,100 10,79 1100Gasolina 0,680 6,67 680Glicerina 1,258 12,34 1258Queroseno 0,823 8,07 823Aceite de linaza 0,930 9,12 930Mercurio 13,54 132,80 13540Propano 0,495 4,86 495Agua de mar 1,030 10,10 1030Aguarrs 0,870 8,53 870Aceite de petrleo, medio 0,852 8,36 852Aceite de petrleo, pesado 0,906 8,89 906

TABLA 1.4.- Propiedades del agua, unidades del SI. Fuente: (Mott, 2006, pg. 589)

Temperatura(C)

Densidad (kg/m3)

PesoEspecfico

(KN/m3)

0 1000 9.815 1000 9.81

10 1000 9.8115 1000 9.8120 998 9.7925 997 9.7830 996 9.7735 994 9.7540 992 9.7345 990 9.7150 988 9.6955 986 9.6760 984 9.6565 981 9.6270 978 9.59


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75 975 9.56

80 971 9.5385 968 9.5090 965 9.4795 962 9.44

100 958 9.40

TABLA 1.5.- Propiedades del agua, Unidades sistema ingls. Fuente: (Mott, 2006, pg. 590)

Temperatura(F)

Densidad (slugs/pie3)

PesoEspecfico

(lb/pie3)

32 1.94 62.4

40 1.94 62.450 1.94 62.460 1.94 62.470 1.94 62.380 1.93 62.290 1.93 62.1

100 1.93 62.0110 1.92 61.9120 1.92 91.7130 1.91 61.5140 1.91 61.4150 1.90 61.2

160 1.90 61170 1.89 60.8180 1.88 60.6190 1.88 60.4200 1.87 60.1212 1.86 59.8

TABLA 1.6.- Densidad y peso especfico del aire a diferentes temperaturas.Fuente: (Mott, 2006, pg. 597)

Temperatura(C)

Densidad (kg/m3)

PesoEspecfico

(N/m

3

)-40 1,514 14,85-30 1,452 14,24-20 1,394 13,67-10 1,341 13,150 1,292 12,67

10 1,247 12,2320 1,204 11,81


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30 1,164 11,42

40 1,127 11,0550 1,092 10,7160 1,060 10,3970 1,029 10,0980 0,9995 9,80290 0,9720 9,532

100 0,9459 9,277110 0,9213 9,034120 0,8978 8,805

1.5 PROCEDIMIENTO DE LABORATORIO

1.5.1 Funcionamiento - Procedimiento1. Llene una probeta de 250 ml de capacidad, con suficiente cantidad de agua de tal manera

que el hidrmetro flote, y asegrese que el nivel del agua alcance el nivel marcado en laescala.

2. Modifique progresivamente la temperatura del agua y realice diferentes lecturas detemperatura y densidad del agua para cotejar dichos valores con los valores tericos queestablece la literatura.

3. Llene una probeta de 250 ml de capacidad, con cada uno de los lquidos sugeridos paraser examinados, de tal manera que el hidrmetro flote, y para cada lquido lea el valorcorrespondiente en la escala medida.

4. Calcule la densidad, el peso especfico y la gravedad especfica para cada uno de loslquidos.

NOTA: Se sugiere que los fluidos utilizados sean: agua, aceite de motor, glicerina, glucosa,combustible Diesel, aceite de ricino, agua con slidos suspendidos como arcillas y limos, u otrosfluidos.

1.5.2 Toma de Datos1. Realizar la lectura de los densmetros para determinar la densidad para cada uno de los

lquidos mencionados, realizando un mnimo de tres lecturas para obtener un promedio yconsignar los datos en el cuadro 1.1.

2. Realizar la lectura de temperatura simultneamente con la lectura en el densmetro, amedida que la misma se incrementa.

1.5.3 Procesamiento de Datos1. Expresar la densidad absoluta en kg/m

3y en slug/pie

3.

2. Con los datos anteriores expresar el peso especfico en el sistema cegesimal (dina/cm3),britnico (lb/pie

3) e internacional (kN/m

3).

3. Calcular la densidad del agua en funcin de su temperatura mediante la ecuacin [1.10],comparar sus resultados tericos con los obtenidos en el presente laboratorio.

4. Calcular la gravedad especifica sg para cada uno de los lquidos ensayados.5. Consignar los datos en el cuadro 1.1.

1.6 CONTENIDO DEL INFORME DE LABORATORIO


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El informe de laboratorio debe tener el siguiente contenido, donde cada tem tendr un valor de1/10 en la calificacin.

1. Nmero y nombre del laboratorio2. Introduccin3. Objetivo4. Fundamento terico (colocar teora diferente a la presente gua)5. Descripcin de la instalacin, aparatos, etc.6. Desarrollo del experimento7. Presentacin de datos

8. Anlisis y resultados

9. Conclusiones10. Referencias bibliogrficas y cibergrafa

1.7 BIBLIOGRAFIA

DUARTE, A, Arturo. (2008), Hidrulica General. Universidad Nacional. Departamento deIngeniera Civil y Agrcola. Bogot. 259 p.

FRANZINI, B, Joseph y FINNEMORE, E, John. 1999. Mecnica de Fluidos conaplicaciones en ingeniera. McGraw Hill. 503 p.

LARRY, Wilson, SOLARTE, Jos. 1997. Diseo y construccin de un banco de pruebashidrostticas. Universidad de Nario. Facultad de Ingeniera, Programa de Ingeniera Civil.Pasto. 303 p.

MOTT, Robert. 2006. Mecnica de Fluidos Aplicada. Sexta Edicin. Editorial PearsonEducacin. 582 p.

MUNSON, R, B, YOUNG, D, F y OKIISHI, T, H. 2007. Fundamentos de Mecnica deFluidos. Editorial Limusa S.A. Mxico. 867 p.


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CUADRO 1.1.- Registro de valores ledos y calculados.Ensayo densidad absoluta, peso especfico y gravedad especfica.

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Fluido deprueba Temperatura(C)

Densidad

absoluta, (g/cm3)

Densidad

absoluta, (kg/m3)

Densidad

absoluta, (slug/pie3)

Peso

especfico,(dina/cm3)

Peso

especfico,(kN/m3)

Peso

especfico,(lb/pie3)

Gravedad

especfica,sg(-)


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DATOS DE ELABORACIN

ELABORADO POR: REVISADOPOR: APROBADO POR:

CARGO:

Docente Ingeniera CivilDocente Ingeniera enProduccin Acucola

Auxiliar de Laboratorio

Representante de la Direccin

Jefe de LaboratoriosAsistente de Archivo y Correspondencia

NOMBRE:

Hernn Gmez Z Vctor William Pantoja

Piedad Rebolledo MuozIvn Snchez OIngrid Egas

Roberto Garca C

FIRMA:

FECHA: 30/08/2010 30/08/2010 30/08/2010

CONTROL DE CAMBIOS

VERSI NNo.

FECHA DEAPROBACIN

DESCRIPCIN DEL CAMBIO

1 30/08/2010 Creacin del Documento

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