informe de laboratorio

1. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
ERIKA JULITZA RUBIO SUAREZ 201511076
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA METALURGICA
TUNJA- BOYACA
2017

2. 2
PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
ERIKA JULITZA RUBIO SUAREZ 201511076
Informe practica de laboratorio fenómenos de transporte
Ing. Oscar Yesidt Córdoba Angarita
UNIVERSIDAD PEDAGOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERIA
INGENIERIA METALURGICA
TUNJA- BOYACA
2017

3. 3
Tabla de contenido
Pág.
1.INTRODUCCION ............................................................................................................. 4
2. OBJETIVOS ..................................................................................................................... 5
3. MARCO TEORICO ......................................................................................................... 6
3.1 viscosidad....................................................................................................................... 6
3.2 densidad......................................................................................................................... 8
3.3 datos bibliográficos....................................................................................................... 9
4. PARTE EXPERIMENTAL ............................................................................................10
4.1 materiales y equipos ..................................................................................................10
4.2 procedimientos ...........................................................................................................10
4.2.1 densidad ...................................................................................................................10
4.2.2 capilaridad.................................................................................................................11
4.2.3viscosidad..................................................................................................................11
5. CUESTIONARIO Y ANALISIS DE RESULTADOS .................................................11
5.1 densidad.......................................................................................................................11
5.2 capilaridad....................................................................................................................14
5.3 viscosidad.....................................................................................................................16
6. CONCLUSIONES .........................................................................................................20

4. 4
1. INTRODUCCION
En este informe se tratara de entender y determinar experimentalmente algunas
propiedades de los fluidos como lo es su densidad, capilaridad y viscosidad,
analizando los datos obtenidos en el laboratorio y comparando con los datos
teóricos consultados.
Para la determinación de las propiedades se usaron varios métodos, con el
objetivo de obtener datos más certeros y ver que métodos son más exactos a la
hora de comparar con los datos bibliográficos, y así poder realizar un análisis de
los errores que suministra cada uno de los métodos empleados durante la
práctica.

5. 5
2. OBJETIVOS
 Determinar los valores de la densidad del agua, aceite, alcohol y glicerina
experimentalmente usando varios métodos para dicho fin.
 Hallar mediante cálculos la tensión superficial del agua mediante los datos
obtenidos por las placas capilares.
 Calcular la viscosidad del aceite y la glicerina a temperatura ambiente
usando el equipo de caída de bola.
 Hacer una comparación de los datos experimentales y los datos teóricos
consultados.

6. 6
3. MARCO TEORICO
3.1 VISCOSIDAD
• La viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se le
aplica una fuerza externa.
• El coeficiente de viscosidad absoluta o simplemente la viscosidad absoluta de un
fluido es una medida de su resistencia al deslizamiento o a la deformación
cortante o angular.
• Al aumentarse la temperatura, la viscosidad de todo líquido disminuye, mientras
que la viscosidad de todo gas aumenta.
El aceite de los motores por ejemplo, tiene una viscosidad y una resistencia a
cortadura altas, mientras que la gasolina tiene una viscosidad baja. Las fuerzas de
fricción en un fluido en movimiento son el resultado de la cohesión y del
intercambio de la cantidad de movimiento entre moléculas.
Examinemos el caso de dos placas paralelas suficientemente grandes para que
las condiciones de contorno se puedan despreciar, separadas una distancia
pequeña Y, estando el espacio entre ellas llena de fluido. Se supone que la
superficie inferior es estacionaria, mientras que la superficie superior se mueve en
dirección paralela, a una velocidad U debido a la aplicación de una fuerza F que
se corresponde con alguna área A de la placa móvil.
En los contornos, las partículas de fluido se adhieren a las paredes, por lo que su
velocidad es cero con respecto a la pared. Esta condición, llamada condición de
no deslizamiento, ocurre con todo fluido viscoso. Como consecuencia en la figura
Nº1 la velocidad del fluido en contacto con la placa inferior tiene que ser cero
mientras que la velocidad del fluido en contacto con la superficie superior tiene
que ser U. la forma de la variación de la velocidad con la distancia entre las dos
superficies se denomina perfil de velocidades.

7. 7
Si la separación entre las placas Y, y la velocidad relativa entre ellas U no son
demasiado grandes, y si el flujo neto de fluido a través del espacio entre las placas
es nulo, se producirá un perfil de velocidades lineal, como el que se muestra en la
figura. El comportamiento es como si el fluido estuviera compuesto de una serie
de capas finas, cada una de las cuales se desliza un poco en relación a la
siguiente. Se ha demostrado en experimentos que una gran cantidad de fluidos en
las condiciones anteriores cumple la siguiente relación
Si la separación entre las placas Y, y la velocidad relativa entre ellas U no son
demasiado grandes, y si el flujo neto de fluido a través del espacio entre las placas
es nulo, se producirá un perfil de velocidades lineal, como el que se muestra en la
figura Nº1. El comportamiento es como si el fluido estuviera compuesto de una
serie de capas finas, cada una de las cuales se desliza un poco en relación a la
siguiente. Se ha demostrado en experimentos que una gran cantidad de fluidos en
las condiciones anteriores cumple la siguiente relación.
La forma transpuesta de la ecuación anterior sirve para definir la constante de
proporcionalidad:
Que se denomina coeficiente de viscosidad, viscosidad absoluta, viscosidad
dinámica (debido a que está relacionada con la fuerza), o simplemente viscosidad
del fluido.
Las dimensiones de la viscosidad absoluta son fuerza por unidad de área partido
por el gradiente de velocidad. En el sistema internacional de unidades (SI), las
unidades de viscosidad absoluta son las siguientes:

8. 8
Viscosidad cinemática (ν), así denominada por que la fuerza no está involucrada
en las dimensiones, quedando únicamente la longitud y el tiempo, como en
cinemática. De esta forma:
La viscosidad cinemática se mide habitualmente en m2/seg en el sistema
internacional, y en ft2/seg en el sistema británico de unidades. Anteriormente, las
unidades utilizadas en el sistema (CGS) eran cm2/seg, también denominado
Stoke (St). El centistoke (cSt) (0.01St = 10-6m2/seg) era la unidad más
conveniente en muchas ocasiones.
3.2 DENSIDAD
Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias
diferentes tiende a ocupar distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el
hormigón son pesados; mientras que la misma cantidad de goma de borrar o
plásticos son ligeros. La propiedad que nos permite determinar la ligereza o
pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la
densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá. La densidad absoluta, definida
corno la masa de una sustancia dividida entre su volumen es una, propiedad
intensiva de la materia:
Un aumento de temperatura causa dilatación de la materia, esto implica que se va
a tener menos moléculas en un volumen dado, causando una disminución de
densidad al aumentar la temperatura.
En la tabla se muestra densidades de diferentes compuestos.

9. 9
3.3 DATOS BIBLIOGRAFICOS
TABLA DE DENSIDADES
(kg/m³)
Aceite mineral 800
Glicerina 1206
Alcohol 780
Agua 9982
La densidad relativa o gravedad especifica es un número adimensional que
relaciona la densidad de una sustancia con respecto a otra tornada como
referencia (para sólidos y líquidos la sustancia de referencia es el agua a 4 °C
donde ρ = 1 g/cm3). La densidad relativa de un fluido cambia menos que su
densidad frente a los cambios de temperatura.
El peso específico es el peso de un compuesto por unidad de volumen:
El volumen específico se define como volumen por unidad de masa, entonces
constituye el recíproco de la densidad:

10. 10
4. PARTE EXPERIMENTAL
4.1 Materiales y equipos usados
• Balanza.
• Vaso metálico o Eureka.
• Beaker.
• Cilindro guía.
• Cronometro.
• Esferas metálicas.
• Picnómetro.
• Probeta.
• Regla.
• Solido regular.
• Aceite de cocina.
• Agua.
• Alcohol.
• Glicerina.
4.2 Procedimientos
4.2.1Densidad
Método Nº 1: Medición con el Beaker
Se pesó el beaker vacío, luego se llenó con el respectivo fluido y se tomó el dato
de volumen, finalmente se pesó en la balanza en beaker lleno.
Método Nº 2: Principio de Arquímedes.
Se llenó el recipiente metálico hasta la salida y se insertó un cilindro solido dentro,
al lado se colocó un beaker vacío en el cual se recogió el volumen removido,
finalmente este volumen fue pesado en la balanza.
Método Nº 3. Botella de densidad.
Acá se empleó el picnómetro, inicialmente se pesó vacío, luego se llenó con el
fluido hasta el aforo para obtener un volumen exacto y finalmente se pesó el
picnómetro lleno en la balanza.

11. 11
4.2.2 Capilaridad
Método de placas
Se colocaron las placas capilares en el tanque con agua y se aseguraron, se midió
la separación entre ellas y un tiempo después la altura del fluido en las placas,
cambiando la separación entre placas.
4.2.3 Viscosidad -Método de caída de bola
Se lleno una probeta con aceite y otra con glicerina, y se dejaron caer esferas de
diferentes diámetros, tomando los tiempos transcurridos en su caída por una altura
de 20cm.

12. 12
5. CUESTIONARIO Y ANALISIS DE RESULTADOS
5.1 DENSIDAD
Método 1. Beaker
FLUIDO
Peso beaker
(gr)
Volumen del
fluido (cm³)
Peso beaker
+ fluido (gr)
Densidad
(kg/m³)
Agua de grifo 72,4 80 147,9 943,75
Aceite 72,4 80 136,7 803,75
Alcohol 72,4 80 137,5 813,75
Glicerina 72,4 80 160,6 1102,5
Método 2. Principio de Arquímedes
FLUIDO
Peso beaker
(gr)
Volumen del
fluido (cm³)
Peso beaker
+ fluido (gr)
Densidad
(kg/m³)
Agua de grifo 49,9 25 71,5 864
Aceite 49,9 25 69,3 776
Alcohol 49,9 25 70,2 812
Glicerina 49,9 25 82,6 1308

13. 13
Método 3. Botella de densidad
FLUIDO
Peso beaker
(gr)
Volumen del
fluido (cm³)
Peso beaker
+ fluido (gr)
Densidad
(kg/m³)
Agua de grifo 15,8 25 41,3 1020
Aceite 27,2 25 49,2 880
Alcohol 15,8 25 38,5 908
Glicerina 27,2 25 59,8 1304
 La exactitud del método de Arquímedes mejoraría si midiéramos con: Un
vaso estrecho y profundo, o un vaso ancho y poco profundo. Porque?
Los resultados de este método mejorarían si midiéramos en un vaso estrecho y
profundo, ya que en un recipiente así el volumen leído será más exacto y tendrá
menor porcentaje de error con respecto al dato real, y los datos de la densidad
serían más acertados.
 ¿Cuál de los anteriores métodos demuestra una manera más fundamental
de medir el volumen de un líquido? Por qué?
El método de la botella de densidad; ya que este método con respecto a los
demás tiene mayor exactitud en la medición de volumen, dado que el tapón nos
permite desalojar los excesos de fluidos, para dejar dentro del picnómetro el
volumen más exacto posible.
 ¿Cuál cree usted que es el procedimiento más exacto? Porque?
El procedimiento mas exacto para las mediciones de densidad es, el método de la
denominada botella de densidad o picnómetro, ya que este nos proporciona una
medida de volumen más exacto en comparación a los demás métodos empleados.
 ¿Cuál cree usted que es el procedimiento menos preciso? Porque?
El procedimiento menos preciso, es el método del beaker ya que en este solo
leemos un valor aproximado del volumen vertido dentro del beaker, y este valor es
muy impreciso dado que este dato es tomado sin calibrar previamente el beaker.

14. 14
 Con el valor que considere más preciso de densidad, obtenida para cada
fluido, calcule la densidad relativa. Justifique su respuesta.
FLUIDO DENSIDAD (kg/m³) DENSIDAD RELATIVA
Agua 1020 1,02204409
Aceite 803,75 0,80536072
alcohol 812 0,81362725
glicerina 1102 1,10420842
 Comparar los valores obtenidos con los establecidos en los textos.
FLUIDO DENSIDAD
EXPERIMENTAL (kg/m³)
DENSIDAD TEORICA
(kg/m³)
Agua 1020 998
aceite 803,75 800
alcohol 812 780
glicerina 1102 1206
Calculo del error
%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 = |
𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐 − 𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐
| ∗ 𝟏𝟎𝟎
Agua
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = |
998 − 1020
998
| ∗ 100 = 2,20%
Aceite
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = |
800 − 803,75
800
| ∗ 100 = 0,46%
Alcohol
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = |
780 − 812
780
| ∗ 100 = 4,102%
Glicerina
%𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 = |
1206 − 1102
1206
| ∗ 100 = 8,29%

15. 15
 Enunciar las variables que tienen mayor influencia en la densidad.
El volumen leído en el material volumétrico y el peso obtenido en la balanza,
estas dos variables son las que tienen mayor influencia al hallar el valor de la
densidad experimental.
 En Metalurgia que procesos se basan o utilizan la densidad en fluidos?
Los mayores usos de la densidad de los fluidos en el área de metalurgia son: la
-pulvimetalurgia
-la fabricación y uso de lubricantes
-el transporte de crudo
5.2 CAPILARIDAD
 Calcule la tensión superficial con las alturas y separaciones entre placas.
Método de placas
EJEMPLO DE CÁLCULO
𝜎 =
ℎ𝑝( 𝑔𝑏𝜌)
2
𝜎 =
0,018(9,8 ∗ 0,042 ∗ 1020)
2
𝜎 = 3,77𝑁/𝑚
 Realice la gráfica de altura en la placa vs separación, haga una
interpretación de la gráfica y explique cómo afecta la separación. en la
elevación del fluido.
SEPARACIÓN (mm) hp (cm) Densidad (kg/m3)
Tensión superficial
(N/m)
42 1,8 1020 3,77
33 2,1 1020 3,5

16. 16
Como se observa en la gráfica la separación entre placas es inversamente
proporcional a la altura obtenida, es decir que entre más cerca estén las placas
mayor altura alcanzara el fluido, como se ilustra en la figura Nº1.
Imagen Nº1
5.3 VISCOSIDAD
 Calcular la viscosidad dinámica y cinemática de los fluidos empleados.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
33 42
ALTURA(cm)
SEPARACION DE PLACAS(mm)
GRAFICA CAPILARIDAD
ACEITE DE COCINA  1/16”  3/32”  1/8”
Distancia (cm) 20 20 20
Densidad del fluido (Kg/m³) 803,75 803,75 803,75
Densidad de la esfera (Kg/m³) 7850 7850 7850
Tiempo 1 (seg) 1,27 0,81 0,52
Tiempo 2 (seg) 1,32 0,64 0,50
Tiempo 3 (seg) 1,31 0,79 0,51

17. 17
EJEMPLO DE CÁLCULO
 Viscosidad dinámica y viscosidad cinemática
Calcular la velocidad observada
t
y
Vo 
𝑉𝜊 =
0,2𝑚
1,3𝑠
𝑉𝑜 = 0,1538𝑚/𝑠
Calcular la velocidad corregida





 
 2
2
)4(
)9(
4
9
1
Dt
De
Dt
De
VoV
𝑉 = 0,153 [1 +
9 ∗ 0,0015875
4 ∗ 0,056
+
(9 ∗ 0,0015875)2
(4 ∗ 0,056)2
]
𝑉 = 0,163𝑚/𝑠
Viscosidad Absoluta o dinámica ()
 
V
De e
18
12 



𝜇 = (0.0015875)2
(76930 − 7840)
18 ∗ 0,163
𝜇 = 0,0588
Promedio Tiempo (seg) 1,3 0,746 O,51
Viscosidad Dinámica (Kg.seg/m2) 0,0588 0,0734 0,08625
Viscosidad Cinemática (m2/s) 𝟕, 𝟒𝟗 ∗ 𝟏𝟎−𝟔
𝟗, 𝟑𝟓 ∗ 𝟏𝟎−𝟔
𝟏, 𝟎𝟗𝟔 ∗ 𝟏𝟎−𝟓

18. 18
Viscosidad cinemática


 
𝑣 =
0,604
7850
𝑣 = 𝟕, 𝟒𝟗 ∗ 𝟏𝟎−𝟔
 Comparar los resultados obtenidos con los valores establecidos en los
diferentes textos.
FLUIDO VISCOSIDAD
EXPERIMENTAL(Kg.seg/m2)
VISCOSIDAD TEORICA
(Kg.seg/m2)
ACEITE 0,0588 0,03
GLICERINA 1,349 1,3
Calculo del error
%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 = |
𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐 − 𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍
𝒗𝒂𝒍𝒐𝒓 𝒕𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐
| ∗ 𝟏𝟎𝟎
Glicerina
%𝒆𝒓𝒓𝒐𝒓 = |
𝟏, 𝟑 − 𝟏, 𝟑𝟒𝟗
𝟏, 𝟑
| ∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟑, 𝟕𝟔%
El dato hallado en la viscosidad de la glicerina se puede considerar como “exacto”
ya que al calcular el error con respecto al valor real está en los límites aceptados,
por debajo de 5%.
GLICERINA  1/16”  3/32”  1/8”
Distancia (cm) 20 20 20
Densidad del fluido (Kg/m³) 1304 1304 1304
Densidad de la esfera (Kg/m³) 7850 7850 7850
Tiempo 1 (seg) 30,74 14,17 8,52
Tiempo 2 (seg) 30,82 14.72 8,76
Tiempo 3 (seg) 30,78 14,85 8,69
Promedio Tiempo (seg) 30,78 14,58 8,656
Viscosidad Dinámica
(Kg.seg/m2)
1,349(Kg.seg/m2) 1,395(Kg.seg/m2) 1,418(Kg.seg/m2)
Viscosidad Cinemática (m2/s)
𝟏, 𝟕𝟏 ∗
𝟏𝟎−𝟒
(m2/s)
𝟏, 𝟕𝟕 ∗
𝟏𝟎−𝟒
(m2/s)
𝟏, 𝟖𝟎 ∗
𝟏𝟎−𝟒
(m2/s)

19. 19
 Enunciar las variables que tienen influencia en la viscosidad..
En la toma de datos experimentales para hallar la viscosidad la variable que
mas influye es el tiempo cronometrado de la caída de las esferas por medio del
fluido, también la densidad de dichas esferas dado que el dato usado fue de un
acero estándar.
 Cuál es la viscosidad dinámica de un líquido en reposo?
La viscosidad solo se manifiesta en fluidos en movimiento ya que cuando el
fluido esta en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas
tangenciales que no puede resistir.
 En metalurgia como determinaría la viscosidad de una escoria?
Por un método desarrollado por mills, que consiste en calentar un crisol a 1000°
durante aproximada mente 15 horas y posteriormente elevar la temperatura
hasta los 1480° (es la temperatura de fluidez de la mayoría de escorias) una vez
que se logra la estabilidad de la temperatura se agregan 15g de la escoria a
estudiar y se deja 40 minutos con el objetivo de realizar un baño de escoria en
ladrillo refractario, luego se agregan 10g de escoria y se calientan por 25
minutos a 1480°en una atmosfera oxidante y luego se vuelca en un plano
inclinado con un ángulo de 10° durante no mas de 6s, como consecuencia la
escoria genera una capa de determinada longitud que es la usada para calcular
la viscosidad del fundido.
 Que otras aplicaciones o usos en metalurgia tienen los cálculos de
viscosidad?
La viscosidad permite observar de manera mas conveniente cambios en el
producto como puede ser su color, densidad; po ejemplo para el diseño de un
equipo para ciertas aplicaciones (bombas, intercambiadores de calor), para la
adicion de lubricantes en equipos usados en los procesos metalúrgicos, y tener
en cuenta el cambio de viscosidad a la hora de aplicar dicho lubricante sobre
una superficie caliente. Es importante tener en cuenta que para lubricar una
maquina fría se debe utilizar un aceite de baja viscosidad, y para una maquina
caliente un lubricante de alta viscosidad.

20. 20
6. CONCLUSIONES
 A partir de los datos hallados y analizados de las viscosidades, se puede
llegar a la conclusión que aquellos líquidos que fluyen con mayor velocidad
son los que tienen menor viscosidad y aquellos que fluyen de una forma
lenta tienen una viscosidad elevada, entre mayor sea la viscosidad menor
será la velocidad de movimiento del fluido.
 De la práctica se obtuvieron buenos resultados experimentales dado que
los errores encontrados son relativamente pequeños y se encuentran
dentro de los valores aceptados, a pesar que en el material teníamos una
fuente de error muy grande (la balanza) ya que los datos arrojados eran
muy susceptibles a error.
 Analizando el comportamiento de la gráfica de capilaridad podemos decir
que la separación entre placas es inversamente proporcional a la altura
alcanzada por el fluido, cuanto menor sea la distancia que separe las
placas mayor será la altura alcanzada por el líquido.
 Realizando el análisis de los datos obtenidos por los diferentes métodos
para hallar las densidades, teóricamente el método, más acertado debe ser
el método de la botella de densidad dado que el picnómetro suministra un
valor de volumen aproximadamente exacto, pero a la hora de realizar las
comparaciones entre los errores se encontró que el método más acertado
fue el beaker.

21. 21
INFOGRAFIA
 ANALISIS DE ESCORIAS {PDF} {consultado marzo 2017} disponible en:
http://www.escorias.co/metalurgia/gia_ingenieros2004.
 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Y APLICACIONES. UNIVERSIDAD
UIS. Guía tesis eafit 2009. {En línea}. {Consultado marzo}. Disponible en:
www.uis.edu.co/NR/fluidos/.../guia.2009.pdf
 VISCOSIDAD COMO PROPIEDAD DE LOS FLUIDOS. {pdf} {consultado
marzo
2017}.disponible.en:http://www.BLOGS.org/leynewton/C/compendio_de_tra
bajos_de_/viscosidad.

22. 22