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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS - OPERACIONES Y PROCESOS METALURGICOS

INDICE

INDICE..........................................................................................................................................1

RESUMEN.....................................................................................................................................2

INTRODUCCION............................................................................................................................3

MARCO TEORICO..........................................................................................................................4

DEFINICION DE FLUIDOS..........................................................................................................4

CARACTERÍSTICAS DE LOS FLUIDOS..........................................................................................5

CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS..............................................................................................8

IMPORTANCIA Y CAMPO DE APLICACIÓN:.................................................................................10

LA HIDRÁULICA.......................................................................................................................11

HIDROMETRÍA........................................................................................................................11

LA HIDROMETEOROLOGÍA.....................................................................................................11

AERODINÁMICA Y SUS APLICACIONES...................................................................................12

TURBINAS...............................................................................................................................13

MATERIALES Y EQUIPOS.............................................................................................................14

DATOS OBTENIDOS EN LA SESIÓN..............................................................................................15

CONCLUSIONES..........................................................................................................................25

RECOMENDACIONES:.................................................................................................................26

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................................27

ANEXOS......................................................................................................................................28

1


RESUMENEn esta experiencia se determinará la densidad, peso específico y

viscosidad del agua, agua con sal y agua con azúcar respectivamente

calentadas. Se usó el Handbook para determinar la viscosidad a varias

temperaturas. Para obtener la medida de calentamiento y enfriamiento

se usó un vaso precipitado y se calienta midiendo el tiempo hasta la

temperatura de ebullición. Lo mismo al enfriar hasta temperatura

ambiente. No olvidar tomar el tiempo.

2


INTRODUCCION

Conocer los fluidos y las características particulares que posee cada uno

de ellos, es de vital importancia en la industria metalúrgica, ya que al

saber dichas características podremos darle un uso adecuado a los

fluidos en distintos procesos como son la lixiviación, flotación,

biolixiviacion, extracción de solventes, etc.

La caracterización de fluidos es un proceso que implica estudiar la

reologia de los fluidos, grado de estabilidad de las suspensiones y

emulsiones, nanoemulsiones, hacer microrreología, homogeneizar una

dispersión líquida, hacer nanoencapsulación, estudiar los procesos de

secado de una capa fina líquida, y otros procesos que implica, conocer y

manejar distintas características y fases de los fluidos.

En este informe detallaremos cada una de las características y

comportamientos que tienen los fluidos a distintas temperaturas, y en

distintas condiciones, para finalmente extraer la información y tener una

serie de datos como son la viscosidad, densidad, peso específico, etc.,

que nos ayudara a comprender y a saber usar los fluidos para

situaciones distintas en la industria metalúrgica.

Al concluir la lectura de este informe el lector tendrá una visión

panorámica de las propiedades de los fluidos, y del manejo respectivo

en ocasiones distintas.

3


MARCO TEORICO

DEFINICION DE FLUIDOSSe llaman fluidos al conjunto de sustancias donde existe entre sus

moléculas poca fuerza de atracción, cambiando su forma, lo que

ocasiona que la posición que toman sus moléculas varía, ante una

fuerza aplicada sobre ellos, pues justamente fluyen. Los líquidos toman

la forma del recipiente que los aloja, manteniendo su propio volumen,

mientras que los gases carecen tanto de volumen como de forma

propios. Las moléculas no cohesionadas se deslizan en los líquidos, y se

mueven con libertad en los gases.

Los fluidos están conformados por los líquidos y los gases, siendo los

segundos mucho menos viscosos (casi fluidos ideales).

Los fluidos son compresibles pues su volumen se reduce al ser

comprimidos o presionados. Sin embargo son fluidos no compresibles

los que soportan la fuerza de compresión del mismo modo que los

cuerpos sólidos. Los líquidos sufren escasa deformación a la

compresión, mientras que los gases son fluidos compresibles,

estudiados por la termodinámica.

Todos los fluidos son viscosos, pero los líquidos lo son más que los

sólidos.

Los fluidos reales poseen fuerzas de

rozamiento entre capas contiguas,

por lo cual si se aplica una fuerza en

una capa, ésta se desliza

arrastrando a las demás.

La dinámica de fluidos estudia los

gases y líquidos en movimiento, por

medio de ecuaciones. Aplicado a otras situaciones como al uso

del lenguaje, se dice por ejemplo que una persona tiene una

conversación fluida, cuando posee mucho vocabulario, de

fácil comprensión, y puede expresarse con soltura, espontaneidad y sin

titubeos (las palabras fluyen por sus labios sin obstáculos).

4


CARACTERÍSTICAS DE LOS FLUIDOS

ESTABILIDAD: Esta se presenta cuando las partículas del fluido siguen una

trayectoria uniforme y su velocidad es constante sin importar el punto en el que

se encuentre y el tiempo en el que transcurra.

TURBULENCIA: Esta se presenta cuando por tener una aceleración muy

elevada, en donde el fluido toma movimientos irregulares como torbellinos y

remolinos.

VISCOSIDAD: Esta cualidad se definiría como la resistencia o fricción interna y

se puede presentar cuando dos capas adyacentes se desplazan dentro del

fluido convirtiéndose la energía cinética en energía interna.

DENSIDAD: La densidad establece que tan fuerte se unen los átomos del

fluido o su grado de compactación. Los diferentes materiales pueden tener

diferente grado de densidad.

VOLUMEN: Es el espacio que ocupa el fluido tomando en cuenta la unidad de

peso, y se encuentra influenciado ampliamente por la temperatura y la presión

que caen sobre el mismo.

PESO: Este es el peso que se encuentra aunado o ligado a la densidad y por

su uso unitario se aplica ampliamente en la física.

GRAVEDAD ESPECÍFICA: Esta se presenta en los fluidos y es adimensional,

debido a que es el resultado del cociente entre dos unidades con magnitud

idéntica.

TENSIÓN SUPERFICIAL: La tensión superficial se produce en los fluidos,

sobre todo en los líquidos a causa de que las moléculas ejercen una atracción

entre sí mismas, limitando en los líquidos su paso por orificios reducidos.

5


CAPILARIDAD: Se denomina capilaridad en los fluidos, cuando éstos pueden

desplazarse por delgados conductos (tubos), en tanto y cuanto se relacione

con su tensión superficial. Así, en el mercurio la tención superficial no le

permitirá subir y ejercerá una fuerza en oposición, en cambio con el agua, la

reducida tención producirá una elevación proporcional al introducir un tubo

capilar sobre la misma.

GAS LÍQUIDO: Este se produce al licuar los gases a temperaturas muy bajas y

con presiones elevadas. De esta forma se vuelven líquidos gases como el

hidrogeno, nitrógeno y gases como el LP (Licuado de petróleo o gas

doméstico).

MOVIMIENTO NO ACOTADO DE LAS MOLÉCULAS: Son infinitamente

deformables, los desplazamientos que un punto material o molécula puede

alcanzar en el seno del fluido no están acotados (esto contrasta con los sólidos

deformables, donde los desplazamientos están mucho más limitados). Esto se

debe a que sus moléculas no tienen una posición de equilibrio, como sucede

en los sólidos donde la mayoría de moléculas ejecutan pequeños movimientos

alrededor de sus posiciones de equilibrio.

COMPRESIBILIDAD: Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No

obstante, los líquidos son altamente incompresibles a diferencia de los gases

que son altamente compresibles. Sin embargo, la compresibilidad no diferencia

a los fluidos de los sólidos, ya que la compresibilidad de los sólidos es similar a

la de los líquidos.

DISTANCIA MOLECULAR GRANDE: Esta es unas características de los

fluidos la cual sus moléculas se encuentran separadas a una gran distancia en

comparación con los sólidos y esto le permite cambiar muy fácilmente su

velocidad debido a fuerzas externas y facilita su compresión.

6


CLASIFICACIÓN DE LOS FLUIDOS

FLUIDOS NEWTONIANOS: En los fluidos newtonianos, la viscosidad es

relativamente constante y por ende son los más conocidos, pues su textura y

definición en simple. Esta propiedad se encuentra visible en la mayoría de los

fluidos conocidos, desde el agua, hasta los aceites, (naturale s o pétreos).

A medida que aumenta la temperatura de un fluido líquido, disminuye su

viscosidad. Esto quiere decir que la viscosidad es inversamente proporcional al

aumento de la

temperatura. La

ecuación de

Arrhenius predice de

manera aproximada

la viscosidad mediante

la ecuación:

FLUIDOS NO NEWTONIANOS: En éste la viscosidad varía, y no es constante

su densidad, y se encuentra completamente influenciado por la temperatura y

su tensión, por lo que no tiene un valor definido en su densidad.

Este se caracteriza por endurecerse al recibir un impacto (fuerza cortante) y

recupera su fluidez al perder la tensión o fuerza aplicada. Este fenómeno se

percibe fácilmente en la mezcla de almidón con agua.

Aunque el concepto de viscosidad se usa habitualmente para caracterizar un

material, puede resultar inadecuado para describir el comportamiento mecánico

de algunas sustancias, en concreto, los fluidos no newtonianos. Estos fluidos

se pueden caracterizar mejor mediante otras propiedades reológicas,

propiedades que tienen que ver con la relación entre el esfuerzo y los tensores

7

http://www.google.com.pe/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0CAcQjRw&url=http://proyectolaboratorio.wikispaces.com/fluidos+newtonianos&ei=ddovVYjqAojigwTTsoDYCA&bvm=bv.91071109,d.eXY&psig=AFQjCNEG6F85cRs22q3kz2NpIdoYx4qz0A&ust=1429285830016805


de tensiones bajo diferentes condiciones de flujo, tales como condiciones

de esfuerzo cortante oscilatorio.

Un ejemplo barato y no tóxico de fluido no newtoniano puede hacerse

fácilmente añadiendo almidón de maíz en una taza de agua. Se añade el

almidón en pequeñas proporciones y se revuelve lentamente. Cuando la

suspensión se acerca a la

concentración crítica es cuando

las propiedades de este fluido no

newtoniano se hacen evidentes.

La aplicación de una fuerza con la

cucharilla hace que el fluido se

comporte de forma más parecida a

un sólido que a un líquido. Si se deja en reposo recupera su comportamiento

como líquido. Se investiga con este tipo de fluidos para la fabricación de

chalecos antibalas, debido a su capacidad para absorber la energía del impacto

de un proyectil a alta velocidad, pero permaneciendo flexibles si el impacto se

produce a baja velocidad.

Un ejemplo familiar de un fluido con el comportamiento contrario es la pintura.

Se desea que fluya fácilmente cuando se aplica con el pincel y se le aplica una

presión, pero una vez depositada sobre el lienzo se desea que no gotee.

8


IMPORTANCIA Y CAMPO DE APLICACIÓN:El estudio del manejo de fluidos puede ayudarnos tanto para

comprender la complejidad del medio natural, como para mejorar el

mundo que hemos creado. Si bien la mecánica de fluidos está siempre

presente en nuestra vida cotidiana, lo que nos falta conocer es como se

expresa esta información en términos cuantitativos, o la manera en que

se diseñan sistemas con base en este conocimiento, mismos que se

utilizaron para otros fines.

Hoy en día el diseño de virtualmente todos los medios de transporte

requieren la aplicación de la mecánica fluidos. Entre estos se incluyen

tanto los aviones como máquinas terrestres, barcos, submarinos y

típicamente automóviles. El diseño de sistemas de propulsión para

vuelos especiales y cohetes está basado en los principios de la

mecánica de fluidos.

La mecánica de fluidos se ha dividido en diferentes ramas que cubren

diferentes aspectos de la ingeniería, la física, las matemáticas, etc.

Están destinadas a solucionar problemas de la vida cotidiana que son

incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y esto provoca que no tengan

una forma de fin desarrolla nueva tecnología y descubrir

Nuevos campos de la ciencia es aquí donde nuestro grupo relaciona la

física con la tecnología y la importancia de los artefactos que se han

creado gracias a esta rama de la física.

9


LA HIDRÁULICA Este planea, diseña y construye soluciones de ingeniería a los problemas de

los recursos hídricos superficiales, subterráneos y marítimos que emergen en

el ambiente natural o en el aprovechamiento artificial de dichos recursos.

Debido a que el agua se encuentra

presente en casi todas las actividades

desarrolladas por el hombre, es

comprensible que la Hidráulica tenga

muchas áreas de aplicación. Algunas de

estas áreas son:

HIDROMETRÍAEs el diseño y uso de instrumentos ¬utilizados 3en laboratorios y campos

y métodos de colección y análisis de datos.

Medición de parámetros como velocidad, caudal, nivel, temperatura, salinidad y

transporte de sedimentos.

LA HIDROMETEOROLOGÍA Se ocupa de los problemas hidrológicos y meteorológicos ligados al medio

ambiente, a las Fuentes de agua, su conservación y control, pronósticos, etc.

HIDRÁULICA INDUSTRIAL Y MÁQUINAS HIDRÁULICAS

AERODINÁMICA

Es la rama de la

mecánica de fluidos que

se ocupa del movimiento

del aire y otros fluidos

gaseosos, y de las

fuerzas que actúan

10


sobre los cuerpos que se mueven en dichos fluidos. Como ejemplo del ámbito

de la aerodinámica podemos mencionar el movimiento de un avión a través del

aire entre otros. La presencia de un objeto en un fluido gaseoso modifica la

repartición de presiones y velocidades de las partículas del fluido, originando

fuerzas de sustentación y resistencia. La modificación de unos de los valores

(presión o velocidad) modifica automáticamente en forma opuesta el otro.

AERODINÁMICA Y SUS APLICACIONESLa aerodinámica es una ciencia que estudia la interacción entre los cuerpos

móviles y la atmósfera, en especial las Fuerzas aerodinámicas producidas.

SUPERSÓNICA

La supersónica, una rama importante de la aerodinámica, se ocupa de los

fenómenos que tienen lugar cuando la velocidad de un sólido supera la

velocidad del sonido generalmente en el aire que es el medio por el que se

desplaza; muchas veces escuchamos de los aviones supersónicos que

superan la velocidad del sonido, es decir mayor de 1.225 km/h

ONDAS DE CHOQUE

En la mecánica de fluidos, una onda de choque es una onda de presión

abrupta producida por un objeto que viaja más rápido que la velocidad del

sonido. Una de sus características es que el aumento de presión en el medio

se percibe como explosiones.

Entre los ejemplos relacionados con la tecnología están:

- Las bombas atómicas y sus ondas explosivas.

-Los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido.

-En la medicina se usan para destrozar los cálculos renales, técnica

denominada litotricia.

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TURBINASLas turbinas son unas máquinas por las cuales pasa un fluido de forma

continua y dicho fluido le

entrega su energía a

través de un rodete con

paletas.

Existen muchos tipos de

turbinas pero entre las

principales se encuentran:

Las turbinas hidráulicas,

turbinas térmicas, turbinas

eólicas y turbinas submarinas

COMPRESORES

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la

presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo

son los gases y los vapores.

12


MATERIALES Y EQUIPOSAl haberse realizado 3 diferentes medidas (medida de densidad, medida de

viscosidad y medida de calentamiento enfriamiento) se utilizaron en algunos

casos distintos instrumentos.

Probetas de 100 ml

Termómetro

Balanza de triple brazo

Varilla para agitador

Espátula

Vasos de precipitados

Espesadores de tubo capilar

Hot plate stirrer

Phmetro

Hidrómetro

13

http://www.velp.com/contenuti/prodotti/gallery/25/VELP_001_ARE_Heating_Magnetic_Stirrer_gallery.jpg


DATOS OBTENIDOS EN LA SESIÓNDatos obtenidos en la sesión:

Experimento 1: Determinación de densidad y peso específico.

D(H2O a 23 ºC)teórico= 0.997 g/ml

agua de mar

Volumen agua=50 ml T= 23ºC W fiola =23.58 g W(fiola+agua )=73.24 g

agua potable

T= 23ºC Volumen agua=50 ml W fiola =23.58 g W(fiola+agua)=73.16g

agua azucarada

T= 23ºC Volumen agua=50 ml W fiola =23.58 g W(fiola+agua)=73.16 g

Experimento 2: Determinación de viscosidad.

Δ tiempo(s) Densidad(g/ml)Agua de mar 2.31 0.9932Agua potable 2 0.9916

Agua azucarada 2.83 0.9916Agua destilada 3.58 0.9940

Experimento 3: Medida de calentamiento y enfriamiento.

Agua potable:

calentamiento:

T=24ºC Temperatura de calentamiento: 200ºC

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Temperatura (ºC) Δ tiempo (s)24-28 728-32 7532-36 6736-40 11040-44 11744-48 13448-52 16752-56 21256-60 416

enfriamiento:

Temperatura (ºC) Δ tiempo(s)60-56 11456-52 19252-48 26048-44 25544-40 22840-36 26636-32 30232-28 37528-24 516

15


7. CÁLCULOS Y RESULTADOS

DATOS OBTENIDOS EN LA SESIÓN:

EXPERIMENTO 1: DETERMINACIÓN DE DENSIDAD Y PESO ESPECÍFICO.

D (H2O a 23 ºC)teórico= 0.997 g/ml

1) Agua de mar Volumen agua=50 ml T= 23ºC W fiola =23.58 g W(fiola+agua )=73.24 g W agua=49.66 g

2) Agua potable T= 23ºC Volumen agua=50 ml W fiola =23.58 g W(fiola+agua)=73.16g W agua=49.58 g

3) Agua azucarada T= 23ºC Volumen agua=50 ml W fiola =23.58 g W(fiola+agua)=73.16 g W agua=49.58 g

EXPERIMENTO 2: DETERMINACIÓN DE VISCOSIDAD.

Δ tiempo(s) Densidad(g/ml)n1 Agua destilada 3.58 0.9940n2 Agua de mar 2.31 0.9932n3 Agua potable 2 0.9916n4 Agua azucarada 2.83 0.9916

16


EXPERIMENTO 3: MEDIDA DE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO.

1) Agua potable: calentamiento: T=24ºC Temperatura de calentamiento: 200ºC

Temperatura (ºC) Δ tiempo (s)24 028 4532 12036 18740 41444 53148 66552 83256 104460 146056 157452 176648 202644 228140 250936 277532 307728 345224 3968

2) Agua de mar

Temperatura (ºC) Tiempo(s)26 029 3632 16935 21038 39541 50844 66847 80250 102353 122956 150859 195260 223559 236556 249553 266150 275747 302844 320441 3624

17


38 402935 455532 510529 591226 6652

3) Agua azucarada W fiola=23.58 g W(fiola + agua)=73.16 g Vol (agua)=50 ml W agua=49.58 g D agua=0.9916 g/ml

Temperatura (ºC) Tiempo(s)26 029 10632 21435 39038 52141 73044 88747 103150 121453 138656 158959 189356 198953 210450 221547 244844 272541 302838 330335 361732 415729 489126 5757

18


Cálculos y resultados:

EXPERIMENTO 1:

1) Agua de mar:

Densidad (aguamar )=49.66 g50ml

=0.9932 g/ml

PE= Daguama rD teorica23 ºC

=0.9932g /ml0.997 g/ml

=0.99618

2) Agua potable:

Densidad (agua potable )= 49.58g50ml

=0.9916g /ml

PE=Dagua potableD teorica23 ºC

=0.9916g /ml0.997g /ml

=0.9946

3) Agua azucarada:

Densidad (aguaazucarada )=49.66 g50ml

=0.9932g /ml

PE=DaguaazucaradaD teorica23 ºC

=0.9932g /ml0.997 g /ml

=0.99618

EXPERIMENTO 2:

Formula:

¿n1

= Pi∗tiP1∗t 1

= Di∗tiD 1∗t 1

ni , n1=viscosidades n1:viscosidad agua destilada

¿n1

= Pi∗tiP1∗t 1

1) Agua de mar:

n2n1

=D 2∗t 2D 1∗t 1

=0.9932∗2.310.9940∗3.58

=0.6447

n2(mar)=0.6447 cp

19


2) Agua potable:

n3n1

=D 3∗t 3D1∗t 1

= 0.9916∗20.9940∗3.58

=0.5573

n3(potable)=0.5573 cp

3) Agua azucarada:

n4n1

=D 4∗t 4D 1∗t 1

=0.9916∗2.830.9940∗3.58

=0.7886

n4(azucarada)=0.7886 cp

graficas:

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 45000

10

20

30

40

50

60

70

f(x) = − 7.51096E-20 x⁶ + 8.92365E-17 x⁵ + 3.92715E-12 x⁴ − 0.0000000153289 x³ + 0.00000227259 x² + 0.0381847 x + 26.0879R² = 0.984948388715937

temperatura vs tiempo agua potable

temperatura vs tiempoPolynomial (temperatura vs tiempo)

tiempo (s)

TEM

PERA

TURA

ºc

20


0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70

f(x) = 2.52833E-20 x⁶ − 5.71383E-16 x⁵ + 4.73585E-12 x⁴ − 0.0000000165776 x³ + 0.0000165166 x² + 0.0188089 x + 28.1833

temperatura vs tiempo agua de mar

temperatura vs tiempo agua de marPolynomial (temperatura vs tiempo agua de mar)

tiempo(s)

tem

pera

tura

ºC

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70

f(x) = 6.52899E-20 x⁶ − 1.32794E-15 x⁵ + 1.00685E-11 x⁴ − 0.0000000337309 x³ + 0.000041463 x² + 0.00359973 x + 27.8212

temperatura vs tiempo agua azucarada

temperatura vs tiempo agua azucaradaPolynomial (temperatura vs tiempo agua azucarada)

tiempo (s)

tem

pera

tura

ºC

21


0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

10

20

30

40

50

60

70

temperatura vs tiempo del agua

agua potableagua de maragua azucarada

tiempo(s)

tem

pera

tura

ºC

22


23


CONCLUSIONES

Los fluidos newtonianos tiene una viscosidad constante a comparación

de los no newtonianos cuyo viscosidad varía.

Los pesos de la fiola más el agua potable es igual al peso de la fiola más

el agua azucarada.

Los pesos específicos del agua de mar, agua potable y el agua

azucarada varían en lo más mínimo,

Al igual que en los pesos específicos, los resultados de la viscosidad

varían en lo más mínimo.

24


RECOMENDACIONES:

Agitar bien la solución para que la temperature sea homogenea en todos

lados.

Evitar que el termómetro choque con la paredes del vaso precipitado.

Manipular con cuidado el espesador debido a que se encuentro roto.

Usar mandil para evitar accidentes.

Evitar malgastar el azucar

Al momento de pesar en la balanza, esperar unos segundos hasta que

se estabilize.

25


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Reid Sherwood, Propiedades de los gases y líquidos,UTEHA

Bird et al, Fenómenos de Transporte, Reverte,2000

Streeter. Mecánica de los Flujo de Fluidos, McGraw-Hill-2000

Yunus y John M. Cimbala, Mecánica de Fluidos- Fundamentos y

Aplicaciones

Merle C. Potter, Mecánica de Fluidos 3ra. Edición.

26


ANEXOS

Experimento1

Experimento 2

27


Experimento 3:

Enfriamiento y calentamiento del agua de mar y potable respectivamente

28

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