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Determinación experimental de las propiedades físicas de los
fluidos
Experimental determination of the physical properties of fluids
Mariajose Cano
1
, Manuela Salazar
2
,Sebastian Jimenez
3
1 Grupo 5. Ing. Civil, Universidad de la Salle. Código: 40171006
2 Grupo 5, Ing. Civil, Universidad de La Salle. Código: 40171144
3 Grupo 5, Ing. Automatización, Universidad de la Salle. Código: 45141031
Fecha práctica 18/02/2021; Fecha entrega de informe 25/02/
Resumen
En este laboratorio se dará la forma de determinar las propiedades físicas de algunos fluidos como
(densidad, volumen y peso específico, gravedad específica), realizando distintas mediciones con las
herramientas del laboratorio. Para esto se puede observar el peso del picnómetro vacío y lleno de
un fluido desconocido, en este paso se realizaron 3 mediciones con distintos fluidos;
posteriormente se llenó de a 10 cm^3 un beaker con un líquido desconocido y se pesaba cada vez
que se le agregaba más contenido; luego a un líquido desconocido se le dejaban caer unas bolas de
acero y con esto medíamos el tiempo que demoraba en llegar al fondo, a cada una de las bolas se
les midió su masa y su diámetro para que de este modo pudiéramos encontrar la densidad del
fluido, de igual manera el fluido fue medido con un densímetro para luego poder corroborar los
datos.
Palabras claves: Densidad, Volumen, peso específico, gravedad específica
1. Objetivo General
Determinar experimentalmente algunas
propiedades físicas de un determinado fluido (densidad,
volumen específico,peso específico , gravedad
específica).
Objetivos específicos.
● Encontrar la densidad de un fluido por los métodos
volumétricos, Eureka can y picnómetro.
● Encontrar la gravedad específica de un fluido por
medio del método del densímetro o hidrómetro
● Diferenciar los conceptos de densidad, peso
específico y gravedad específica.
2. Marco teórico
La mecánica de fluidos es el estudio del
comportamiento de los fluidos, ya sea que estén en
reposo o en movimiento. Se define como fluido a
la sustancia que se deforma continuamente
cuando se le somete a un esfuerzo cortante. De
esta forma un fluido no es capaz de resistir
fuerzas punzantes sin desplazarse, como suelen
hacerlo los sólidos
Una propiedad física se puede medir y observar
sin que la sustancia cambie su identidad o
composición. Además son aquellas magnitudes
físicas cuyos valores definen el estado en que se
encuentran. Tienen distinto valor para fluidos
diferentes, pueden variar para un fluido
determinado cuando varía el valor de alguna otra
propiedad.
Algunas veces una muestra cambia de estado
físico, es decir, experimenta una transformación
física. En un cambio de estado pueden
modificarse algunas de las propiedades físicas de
la muestra pero su composición permanece
inalterada.
Fluido. se denomina fluido a un cuerpo continuo
formado por partículas de fuerza de atracción
débil y propiedad definitoria que no tienen forma
ante ello y poseen propiedades moldeables en su
forma peso y volumen.
,
Algunas propiedades físicas de los fluidos son:
Masa y peso. Estos términos a menudo se usan en
forma equivalente, sin embargo, estrictamente
hablando, son cantidades distintas. La masa (m)
es una medida de la cantidad de materia en un
mientras que el peso(W),desde el punto de vista
técnico es la fuerza que ejerce la gravedad sobre
el objeto.
El volumen(V) es entendido como el espacio que ocupa
un cuerpo. La misma posee tres dimensiones: alto, ancho
y largo. El volumen, según el Sistema Internacional de
Unidades, es representado por el metro cúbico. En la vida
cotidiana el litro también puede ser considerado como una
unidad del volumen.
La densidad es una magnitud escalar definida como la
cantidad de masa en un determinado volumen de una
sustancia o un objeto sólido.
Ecuación 1. Densidad.objeto,
unidad del volumen.
mientras que el peso(W),desde el punto de vista técnico es
la fuerza que ejerce la gravedad sobre el objeto.
El volumen(V) es entendido como el espacio que ocupa
un cuerpo. La misma posee tres dimensiones: alto, ancho
y largo. El volumen, según el Sistema Internacional de
Unidades, es representado por el metro cúbico. En la vida
cotidiana el litro también puede ser considerado como una
unidad del volumen.
La densidad es una magnitud escalar definida como la
cantidad de masa en un determinado volumen de una
sustancia o un objeto sólido.
Ecuación 1. Densidad.
El peso específico es la relación entre el peso de una
sustancia y su volumen.
Ecuación 2. Peso específico
El volumen específico 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.
Ecuación 3. Volumen específico.
La gravedad específica es una comparación de la
densidad de una sustancia con la densidad del agua o el
peso unitario del material dividido por el peso unitario del
agua destilada a 4 grados centígrados. La gravedad
específica es adimensional.
Ecuación 4. Gravedad específica.
Datos tomados de Mott. R. L. (2006)
La viscosidad es una propiedad física característica de
todos los fluidos, el cual emerge de las colisiones entre las
partículas del fluido que se mueven a diferentes
velocidades, provocando una resistencia a su movimiento.
Cuando un fluido se mueve forzado por un tubo, las
partículas que componen el fluido se mueven más rápido
cerca del eje longitudinal del tubo, y más lentas cerca de
las paredes. (colaboradores de Wikipedia. 2019)
Dado esto las fuerzas actuantes sobre la esfera
estarían dadas por:
Ecuación 6. Sumatoria de fuerzas sobre la esfera.
Dado α = densidad de la esfera y ρ = densidad
de la sustancia. Entonces:
Ecuación 7. Peso de la esfera.
Ecuación 8. Empuje hidrostático
Reemplazando en la ecuación 6:
Ecuación 9. Sumatoria de fuerzas
Reemplazado.
De donde
Ecuación 10. Velocidad límite.
Después de algunas correcciones la ecuación
queda de la forma:
Ecuación 11. Velocidad límite corregida.
Donde Vm es la velocidad media.
3.Materiales
- Balanza
- Probeta
- Beaker
- Probeta
- Recipiente Eureka Can
- Termómetro
- Pinzas
- Densímetro
- Solido metalico
- Picnómetro.
- Calibrador.
4.Metodología
En esta práctica se llevaron a cabo cuatro procedimientos
diferentes para determinar principalmente la densidad y la
gravedad específica de un fluido.
La siguiente parte presenta los procedimientos
realizados para determinar la densidad de un fluido.
4.1. Método volumétrico
4.1.1 En primer lugar se verificó que el Beaker estuviera
completamente seco y que no tuviera ningún tipo de
impureza. Una vez realizado el anterior procedimiento, se
procedió a tomar el peso de dicha herramienta con una
balanza digital.
4.1.2. Posteriormente se llenaron dos beakers con ayuda
de una bureta graduada, virtiendose un fluido determinado
en cada uno cada cm. El anterior procedimiento se realizó
10 veces y en cada dosificación, se tomó el peso
acumulativo correspondiente como se aprecia en la figura
Figura 1. Método volumétrico con dos fluidos distintos. Fuente: Autores.
4.1.3. Finalmente se tomó la temperatura de ambos
fluidos
4.2. Metodo del picnometro
4.2.1. Inicialmente se seleccionaron tres picnómetros que
tuvieran una capacidad volumétrica parecida (ver figura
2). Se verificó que los picnómetros estuvieran
perfectamente seco y sin ningún tipo de residuos.
posteriormente se tomó el peso cada picnómetro vacío
Figura 2. Picnómetros vacíos. Fuente: Autores.
4.2.2. Consecutivamente se llenaron
completamente los picnómetros con tres fluidos
distintos
Figura 3. Peso de picnómetros con fluidos diferentes.
Fuente: Autores.
4.2.3. Una vez realizados los procedimientos
mencionados con anterioridad, se tomaron los
datos de las temperaturas correspondientes a cada
fluido.
4.3. Método de Eureka Can
4.3.1. se tomaron las dimensiones de tres sólidos
regulares (ver figura 4).
Figura 4. Sólidos de ensayo. Fuente: Autores.
4.3.2. en seguida, se tomó el peso de un Beaker
vacío y totalmente seco
4.3.3. posteriormente se lleno de fluido hasta el
orificio de rebose del tubo del recipiente Eureka
Can y se introdujo uno de los sólidos con ayuda
de las pinzas en dicho recipiente, teniendo
cuidado de que el volumen de agua desalojado
cayera dentro del Beaker como se ilustra en la
figura 5. De igual manera se llevó a cabo el
procedimiento mencionado para los dos sólidos
regulares restantes.
Can
Sóli
do
Ancho
(cm)
Alto
(cm)
La
rg
o
(c
m
)
W agua
desalojada
(g)
Peso del beaker=118.7g
Tabla 2. Datos recolectados para el método Eureka Can
implementando el fluido adicional. Fuente: Autores.
Método
Volumétrico
N°
Datos
W Conjunto (g) Volumen (cm³)
N°
Beaker
3 1 3 1
Peso beaker 1=35.1g Peso beaker 2 =37 g
Tabla 3. Datos recolectados para el método volumétrico
implementando los fluidos 3 y 1. Fuente: Autores.
Para poder determinar la viscosidad de un determinado
fue implementada la Ley de Stokes, para ello se tomaron
los siguientes datos.
6 6.
3
1
6
8
7 6.
3
3
6
4
8 6.
3
9
6
8
9 6.
3
3
8
1
1
0
3
2
7
1
Tabla 4. Diámetros y tiempos correspondientes a las 10
esferas utilizadas. Fuente: Autores.
Dat
os
Distancia entre las marcas
de la probeta (cm)
Densidad del fluido (kg/m³) 870
Temperatura del fluido
(°C)
Masa de una esfera (g) 1.
Diámetro de la probeta
(mm)
Tabla 5. Distancias, densidad, temperatura, masa y
diámetro correspondiente al fluido esfera y probeta. Fuente:
Autores.
6. Resultados y análisis
6.1. Resultados
Para determinar el tipo de sustancia que es el
fluido 1,2,3,4 y el fluido adicional, se
implementaron las ecuaciones 1 y 2
correspondientes a las ecuaciones de densidad y
peso específico, estos cálculos se realizaron con
cada método (volumétrico, picnómetro, Eureka
Cab y densímetro), para ello se tuvieron en cuenta
los datos de las tablas 1, 2 y 3.
Dat
os
Densidad (kg/m³) Peso específico (N/m³
Flui
do
3 1 3 1
1 700 1100 6867 10791
2 700 1000 6867 9810
3 733,
33
1033,333 7194 10137
4 800 1025 7848 10055,
5 800 1020 7848 10006,
6 783,
33
1050 7684,
5
10300,
7 800 1014,
71
7848 9950,
8 812,5 1012,5 7970,
625
9932,
9 800 1022,
22
7848 10028
10 810 1020 7946,
1
10006,
)
1, teniendo en cuenta los datos de la tabla 7. Fuente: Autores.
Método del Densímetro (gravedad específica)
Fluido Lectur
a
densím
etro
Densi
dad
(kg/
m³)
Peso
específi
co
(N/m³)
8 2
Al observar la ecuación de la línea de tendencia en la
gráfica 2 para los fluidos 1 y 3, se puede establecer
que el peso específico por el método volumétrico del
fluido 1 es igual a 10321 N/m³ y el peso específico del
fluido 3 es igual a 6915,5 N/m³.
5
2
5
2
5 Tabla 8. Densidad y peso específico de los fluidos 4, 1 y 2
calculados por el método del densímetro, implementando los datos
de la tabla 1. Fuente: Autores.
Tabla 7. Densidad y peso específico de los fluidos 3 y 1 calculados por
el método volumétrico, implementando los datos de la tabla 3. Fuente:
Autores.
Gráfica 1. Cálculo de la densidad promedio de los fluidos 3 y 1,
teniendo en cuenta los datos de la tabla 7. Fuente: Autores.
Al observar la ecuación de la línea de tendencia en la
gráfica 1 para los fluidos 1 y 3, se puede establecer que la
densidad por el método volumétrico del fluido 1 es igual
a 1052,1 kg/m³ y la densidad del fluido 3 es igual a
704,94 kg/m³.
Gráfica 2. Cálculo del peso específico promedio de los fluidos 3 y
2
Método Eureka
Can
Sól
ido
Volumen
del
sólido
(m³)
Peso
específi
co
(N/m³)
Densidad
(kg/m³)
1 1,53136E-
2 1,14706E-
3 8,3206E-
Tabla 9. Densidad y peso específico del fluido adicional
calculado por el método del Eureka Can. Fuente: Autores.
Gráfica 3. Densidad y peso específico promedio del fluido
adicional, calculados por el método de Eureka Can. Fuente:
Autores.
En la gráfica 3 se observa que la densidad
promedio para el fluido adicional calculada por el
método de Eureka Can es igual a 983,2 kg/m³ y el
peso específico igual a 9645,2 N/m³.
ρ
0,00105 kg
0,0000013221 m ³
ρ =7941,364739 kg / m ³
Implementando la ecuación 10 correspondiente a la
velocidad límite y usando el radio de la esfera, el radio
de la probeta y la velocidad media se calcula Vlim.
Vlim =( 1 +2,4 ∗(
0,00316035 m
))∗0,375361 m /
0,03024 m
Vlim =0,46951 m / s
Finalmente para el cálculo de la viscosidad se
implementa la ecuación 11 correspondiente a la Ley de
Stokes, el radio de la esfera, gravedad, densidad del
fluido y de la esfera y la velocidad límite.
μ
2 π (0,00316035 m )²(9,81 m / s ²)
(7941,
9 (0,46951 m / s )
μ =1,0302322 Pa. s
6.2. Análisis
Teniendo en cuenta los resultados de las densidades y
pesos específicos obtenidos, se puede decir que el fluido
1 corresponde a jabón líquido.Por otro lado , con los
datos obtenidos en la práctica se puede definir que los
líquidos 4 y 2 son algún tipo de aceite; más
específicamente, el fluido 2 corresponde a aceite de
almendras mientras que el fluido 4 corresponde a aceite
de motor. Finalmente ,el fluido 3 es alcohol etílico ya
que los valores obtenidos y comparados son muy
similares por no definir iguales; el fluido adicional
corresponde al agua destilada.
7. Conclusiones
● Se enlazaron los conceptos teóricos aprendidos
con anterioridad, a los conceptos que se
necesitaron en la práctica, teniendo así, una
mayor precisión en la recopilación de datos, y
una adecuada comprensión de los mismos.
● Se comprobó que la viscosidad de un fluido
depende de la estructura y de la geometría
molecular, analizando así, la tendencia de cada
fluido a oponerse al movimiento
● Se pudo concluir que la densidad es una
propiedad física que permite determinar la
ligereza o pesadez de una sustancia, la cual
puede ser determinada por una relación de
masa volumen. Además esta propiedad es
afectada por cierto cambio, ya sea de
temperatura o presión lo que provoca que
el cuerpo pueda ser más ligero o pesado.
● Se estableció que el peso específico es una
propiedad escalar que depende
esencialmente la composición química y
de la estructura
● Los fluidos estudiados tienden adoptar la
forma del recipiente que las contiene
debido a la geometría molecular que
presenta cada uno de ellos.
● Se evidencio mayor tensión superficial en
el fluido 2 (método picnómetro), pues
presentaba un aspecto físico bastante
viscoso. Esta propiedad de los fluidos es
producida por la fuerza de atracción entre
las moléculas que se encuentran entre la
superficie del líquido lo que le da la
apariencia de forma capa o membrana.
● El densímetro determina La gravedad
específica de un fluido a partir de la
flotación. Se pudo determinar que en
líquidos ligeros, como queroseno,
gasolina, y alcohol, el densímetro se debe
hundir más para disponer el peso del
líquido, mientras que en líquidos densos
como agua salada y ácidos.
● Dentro de las aplicaciones del diseño de
vías en ingeniería civil se pudo establecer
que la viscosidad permite determinar el
estado de fluidez de los asfaltos a las
temperaturas que se emplean durante su
aplicación.
Referencias
[1]. Mott R. L. Mecánica de fluidos. 6 ed. Pearson
Education. Universidad de Dayton. 2006.
Traducción: Carlos Roberto Cordero Pedraza.
[2]. Fernández L. B. Introducción a la mecánica de
fluidos. 4 ed. Universidad de Chile. Santiago de
Chile. 2005.
[3]. Viscosidad. (2019, 6 de febrero). Wikipedia, La
enciclopedia libre.
desde
https://es.wikipedia.org/w/index.php?
title=Viscosidad&oldid=113774372.
[4]. Ley de Stokes. (2018, 8 de febrero). Wikipedia, La
enciclopedia libre.
desde
https://es.wikipedia.org/w/index.php?
title=Ley_de_Stokes&oldid=105471414.
