Laboratorio Química

1. LABORATORIO
DE INGENIERÍA
QUÍMICA I
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Ing. Msc. Carlos E. Ríos del Águila

2. LAB. INGENIERIA QUIMICA I
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MECÁNICA DE FLUÍDOS
PRINCIPIOS BASICOS Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
FLUIDO: Es todo material que no sea sólido
y que puede ‘fluir’. Son fluidos los líquidos y
los gases; aún con sus grandes diferencias
su comportamiento como fluido se describe
son las mismas ecuaciones básicas. La
diferencia entre uno u otro está en su
compresibilidad.

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➢ Propiedades de los Fluidos:
⚫ Estados de la materia:
Sólido
Plástico
Fluido
Plasma
Líquido
Gas
Llenan el espacio interplanetario con densidades
muy bajas
Reacción al esfuerzo tangencial: partículas
adquieren velocidad y se desplazan unas c/r a
otras. Deformación continua.
Reacción al esfuerzo tangencial:
Deformación hasta alcanzar una nueva
posición de equilibrio
F F

0
t
t  0
t
t = 0
t
t 
0
V=

0
V=

0
V

F F
FLUIDO
SOLIDO

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Se distinguen dos tipos:
Laminar: El flujo es ordenado y predecible, el movimiento se
produce en capas o láminas, las soluciones matemáticas son
factibles. En este flujo las partículas se mueven en trayectorias
independientes de las partículas de capas adyacentes.
Tipos de Flujos

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Se distinguen dos tipos:
Turbulento: El movimiento de las partículas individuales es
aleatorio e impredecible. En el que comúnmente se produce
Tipos de Flujos

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Se distinguen dos tipos:
Flujo no viscoso: Es aquel para el cual la fuerza de fricción
interna es despreciable en comparación con otras fuerzas. Un
fluido que presenta fricción interna muestra una resistencia a su
movimiento
Tipos de Flujos

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ESTÁTICA DE FLUIDOS
O HIDROSTÁTICA
DINÁMICA DE FLUIDOS
O HIDRODINÁMICA

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ESTÁTICA DE FLUIDOS O
HIDROSTÁTICA
Una característica fundamental de cualquier fluido en
reposo es que la fuerza ejercida sobre cualquier
partícula del fluido es la misma en todas direcciones.
Si las fuerzas fueran desiguales, la partícula se
desplazaría en la dirección de la fuerza resultante.
De ello se deduce que la fuerza por unidad de
superficie —la presión— que el fluido ejerce contra
las paredes del recipiente que lo contiene, sea cual
sea su forma, es perpendicular a la pared en cada
punto. Si la presión no fuera perpendicular, la fuerza
tendría una componente tangencial no equilibrada y
el fluido se movería a lo largo de la pared.

9. LAB. INGENIERIA QUIMICA I
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Principio de Arquímedes
Al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, un objeto es sometido
a una fuerza hacia arriba, o empuje. El empuje es igual al peso del
fluido desplazado. Esta ley se denomina principio de Arquímedes, por
el científico griego que la descubrió en el siglo III antes de nuestra era.
Aquí se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno
de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido
en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua
desplazada. (2) Si un bloque de madera está completamente
sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera
(esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo
que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de
agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente
—desplazando así menos agua— hasta que el empuje iguala
exactamente el peso del bloque. https://www.youtube.com/watch?v=AGMGP55rXLI

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https://www.youtube.com/watch?v=SNijhJQ6lyU

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DINÁMICA DE FLUIDOS O HIDRODINÁMICA
1.- Flujo de Fluidos
2.- Conductos y canales
3.- Energía de un flujo. Ec de Bernoulli
4.- Medidor de caudal tipo Venturi
5.- Teorema de Torricelli
1.- Flujo de Fluidos
uniforme, no uniforme;
• permanente, no permanente;
• laminar, turbulento;
• unidimensional, bidimensional
Se simplifica y se estudia
monodimensional (valores medios)

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• Permanente o estacionario
• Uniforme
Líneas de Corriente (imaginarias) ⇒ tubo de corriente
Caudal, Q [m3/s]
Peso de un flujo, W [Nw/m3]
Masa de un flujo, M [kg/m3]
Ec de la continuidad de un flujo
Si el fluido es incompresible, y
https://www.youtube.com/watch?v=aXiSkWBKnzs

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2.- Conductos y Canales
• Conductos: el área del flujo ocupa toda el área disponible
• Canales: tiene una superficie libre
•Tubos tienen tamaño normalizado
La pérdida de energía en ellos depende de:
• la viscosidad del fluido (Tª)
• de la rugosidad del tubo
• el cuadrado de la velocidad del fluido
La velocidad es fuente de ruidos [v < 5 m/s]

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3.- Energía de un Flujo. Ec de Bernoulli
Los fluidos poseen tres formas de energía: potencial, Epot,
cinética, Ec y presión, Epres.
• La Epot es debida a la elevación, se refiere a una cota
[J ] w el peso del fluido
z la distancia vertical a la cota
• La Ec está relacionada con la velocidad del fluido
[J ]
• La Epres es el trabajo necesario para mover un flujo a
través de una determinada sección en contra de la presión;
p la presión
[J ] d la distancia recorrida por el flujo

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La energía total de un fluido es:
[J]
Se puede expresar, dividiendo por w, en unidades de
altura, y es la altura de carga H.
[m]
z cota o cabeza de elevación
[V2/2g] altura de velocidad o cab. de vel.
[p/g] altura de presión o cab. de presión
Teorema de Bernoulli: la variación de la energía de un flujo
incompresible sin transmisión de calor
[J]
[m]

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La Hper en válvulas y demás elementos suele ser proporcional
a V2. La cte se determina experimentalmente.
[m]
Si en un flujo no se pierde, añade o extrae energía
Ante un estrechamiento “brusco” en la tubería la presión diminuye
Ante un ensanchamiento “brusco” en la tubería la presión aumenta

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Aplicando Bernoulli hay que considerar:
• Las partes expuestas a la atmósfera tiene presión manométrica es nula
• En conducto de igual sección los términos de velocidad de cancelan
• Si se aplica entre puntos con igual cota, estos se cancelan
Las líneas de altura o energía total representan la energía existente en
cada punto de una tubería respecto a un plano de referencia.
Se suelen representar las líneas que corresponden a los términos de las
alturas de cota, velocidad y presión.

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Un flujo puede desarrollar una potencia
La potencia agregada por una bomba, PB
Rendimiento de la bomba es e B
La potencia que demandan del motor, PM
La potencia hidráulica transmitida a una turbina, PH
Rendimiento de la turbina es eT
La potencia que entrega la turbina, PT

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4.- Medidores de flujo
Un estrechamiento en la tubería con toma de presión
Miden la velocidad indirectamente

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4.1- Medidor tipo Venturi
Si no hay diferencia de cotas, la sección del
conducto es 0,20 m2, la del estrechamiento la mitad,
y se mide en un manómetro diferencial 1 cm.c.agua:

21. LAB. INGENIERIA QUIMICA I
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5.- Teorema de Torricelli
La velocidad de salida de un flujo de un depósito depende de
la diferencia de elevación entre la superficie libre del fluido y
la salida del fluido
Si sobre la superficie del fluido hay una presión diferente a la
atmosférica, esta ha de ser tenida en cuenta.

22. LAB. INGENIERIA QUIMICA I
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Si la altura del líquido va disminuyendo en el depósito, la
velocidad de salida también lo hace.
El tiempo requerido para vaciar un tanque:
[seg.]

23. LAB. INGENIERIA QUIMICA I
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GRACIAS