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Dirección AcadémicaCódigo:

CPE-FO-02-03Revisión: 1

MANUAL DE PRÁCTICAS Página:1 de 17

MANUAL DE PRÁCTICAS DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE I

PROGRAMA EDUCATIVO: IBQ

Calkiní, Campeche, Julio 2016

Revisó Aprobó Autorizó

Presidente de Academia Coordinador del PE Dirección Académica




ÍNDICE

CONCEPTO PÁGINAS

PRESENTACIÓN.………………………………………………………………….3

OBJETIVO GENERAL………………………….……………………………………………...3

SEGURIDAD…………………………………………………………………………………….3

PRÁCTICA No. 1 “Experimento de

Reynolds”…………………….…………………………………………………………………4

PRÁCTICA No. 2 “Uso del software mathematica para solución

De problemas que involucren la aplicación de los principios

de la ecuación de la hidrostática…………………………………………………………….6

PRÁCTICA No. 3 “Desplazamiento de partículas

En el seno de un fluido. Análisis dimensional…………………………………………….9

PRÁCTICA No. 4 “Determinación de la viscosidad

De fluidos Newtonianos………………………..……………………………………………..11

PRÁCTICA No. 5 “Determinación de la viscosidad

De fluidos No Newtonianos……..………….………………………………………………..13

Práctica No. 6 “Uso del software mathematica y Excel

Para cálculos en redes de tuberías…………………………………………………………15




PRESENTACIÓN

La idea en la elaboración de este manual es abordar reiteradamente los conceptos fundamentales para la asignatura de fenómenos de transporte I hasta conseguir su comprensión. Se propone abordar los temas desde un punto de vista práctico, haciendo uso del algún software.

El uso de tecnologías informáticas y la aplicación de software matemáticos ayudan en el logro de competencias en los alumnos y con esto se vincula la enseñanza con las nuevas tecnologías aplicadas en todos los campos de la ciencia.

El presente manual contribuye principalmente a que las actividades prácticas promuevan el desarrollo de habilidades para la experimentación, para lograr apoyo y orientación en la importancia de las diferentes formas de transferencia de cantidad de movimiento y aplicaciones de la ecuación general de energía.

OBJETIVO GENERAL

Aplicar los conceptos y principios básicos de los fenómenos de transporte, identificando las características propias de los fluidos Newtonianos y No Newtonianos, haciendo uso de algún software como: Excel, ESS, mathematica o algún software libre.

SEGURIDAD

Seguir las normas establecidas en el reglamento del centro de cómputo y de los laboratorios de ciencias básicas del ITESCAM.




Práctica 1: Experimento de Reynolds

INTRODUCCIÓN

Osborn Reynolds, mediante su clásico experimento de flujo interno, puso de manifiesto la existencia de dos mecanismos distintos en el flujo de fluidos reales que constituyen los llamados regímenes laminar y turbulento de los mismos.

La experiencia demuestra que la velocidad del fluidos a través de un tubo cilíndrico para la que se produce el tránsito del flujo laminar al turbulento, depende del diámetro interior del tubo D, y de la densidad y la viscosidad del fluido. Por lo tanto, las condiciones en que se alcanza uno u otro tipo de flujo se refieren al número de Reynolds.

OBJETIVO: Realizar la comparación visual de la recirculación de un líquido en régimen laminar y turbulento, así como la determinación experimental del número de Reynolds crítico por apreciación visual de la transición del régimen de flujo laminar a turbulento.

LUGAR: Laboratorio del ITESCAM.

SEMANA DE EJECUCIÓN

Programada para la semana 10 (segundo parcial).

MATERIAL Y EQUIPO

1. Formulario proporcionado por el profesor.

Material y equipo:

-Montaje experimental

-Disolución de azul de bromoetileno

-3 cronómetros.




-3 probetas de 1 L.

DESARROLLO DE LA PRÁCTICA

Abrir la entrada de agua al tanque y controlar el caudal que fluye por el tubo inferior del mismo.

Intentar asimismo minimizar el caudal de desagüe del tanque para que no haya variaciones en la altura del nivel del agua. El caudal utilizado en cada momento se determinará midiendo el líquido desaguado.

Abrir la entrada de colorante al tanque y estudiar la evolución de la misma a lo largo de la conducción. Posteriormente se irá aumentando paso a paso el caudal de agua que fluya por la conducción para el estudio de los diferentes regímenes de flujo.

En cada etapa de la experimentación se debe esperar a alcanzar condiciones estacionarias en el seno de la conducción, momento en el que procederá a la descripción de el hilo de colorante y a la medida del caudal utilizando la probeta y el cronómetro (esta medida debe realizarse por triplicado en cada momento).

La serie completa de determinaciones (desde régimen laminar hasta régimen turbulento plenamente desarrollado) ha de repetirse al menos 3 veces.

Presentar los resultados en forma de tabla.

Comparar los resultados con los obtenidos en la bibliografía. En caso de que se observe discrepancias, señalar las posibles causas.

REFERENCIAS

Ingeniería Química. Tomo I. Conceptos generales. Costa Novella.

Ingeniería Química. Tomo I. Coulson-Richardson.

El manual del Ingeniero Químico. Perry.




Práctica 2: Uso del software mathematica para solución de problemas que involucren la aplicación de los principios de hidrostática.

INTRODUCCIÓN

El uso del software mathematica es de gran apoyo para la solución de cálculos matemáticos complicados, como son el cálculo de operaciones sobre el principio de la hidrostática, por tal motivo se incluye este software como apoyo en los cálculos a realizar y para proyectos y casos específicos que se realicen en los procesos a nivel educativo e industrial.

OBJETIVO: Resolver problemas de aplicación e interpretar las soluciones de operaciones para el cálculo sobre el principio de la hidrostática, utilizando software mathematica.

LUGAR: Sala de cómputo del ITESCAM.


Programada para la semana 5 (primer parcial).

MATERIAL Y EQUIPO

Formulario proporcionado por el profesor.


PASO 1




Abrir el software mathematica.

PASO 2

De acuerdo a los ejercicios y guía entregada por el profesor al momento de la práctica, seguir los pasos para seleccionar dentro de los pallets los comandos para resolver las operaciones solicitadas.

PASO 3

De acuerdo a los ejercicios y guía entregada por el profesor al momento de la práctica, seguir los pasos para seleccionar dentro de los pallets los comandos para resolver los ejercicios de medición de la presión, principio de Pascal y principio de Arquímedes.

PASO 4

Entregar los ejercicios resueltos al asesor del curso.

EVALUACIÓN Y RESULTADOS

Rúbrica de evaluación

MATRICES Y DETERMINANTES Puntos

I)Resolución de ejercicios que involucren medición de la presión y principio de Pascal (10 preguntas, 1 punto c/u)

Puntaje según indicadores

20 puntos

2 Puntos

Los estudiantes resuelven el ejercicio haciendo uso del software mathematica. El resultado es correcto y el trabajo contempla la realización de todos los pasos necesarios para llegar a la solución del ejercicio.

1 punto

Los estudiantes resuelven el ejercicio haciendo uso del software mathematica. Si bien el procedimiento de resolución es adecuado, existe algún error que no permite llegar a la solución correcta del ejercicio.

0 punto

Los estudiantes no resuelven el ejercicio, o utilizan un procedimiento que no es coherente matemáticamente.

II)Resolución de ejercicios que

Puntaje según indicadores 20 puntos2 puntos Los estudiantes resuelven el ejercicio haciendo uso

del software mathematica. El resultado es correcto y el trabajo contempla la




involucren el principio de Arquímedes (10 preguntas, 1 punto c/u)

realización de todos los pasos necesarios para llegar a la solución del ejercicio.

1 punto

Los estudiantes resuelven el ejercicio haciendo uso del software mathematica. Si bien el procedimiento de resolución es adecuado, existe algún error que no permite llegar a la solución correcta del ejercicio.

0 punto

Los estudiantes no resuelven el ejercicio, o utiliza un procedimiento que no es coherente matemáticamente.

TOTAL 40

REFERENCIAS

Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2010). Mecánica de fluidos fundamentos y aplicaciones. Distrito Federal, México: Mc Graw Hill.




PRÁCTICA No. 3 “Desplazamiento de partículas En el seno de un fluido. Análisis dimensional.

INTRODUCCIÓN

El análisis dimensional se basa en el principio fundamental de que cualquier ecuación o relación entre variables tiene que ser dimensionalmente consistente, esto quiere decir que cada término de la relación tiene que tener las mismas dimensiones. Por consiguiente, si toda la ecuación se divide por uno cualquiera de los términos, cada uno de los términos resultantes en la ecuación tienen que ser adimensionales. El uso de estos grupos adimensionales resulta de gran valor para el desarrollo de relaciones en ingeniería química.

OBJETIVO: Estudiar el transporte de cantidad de movimiento que se produce en la caída de un cuerpo en el seno de un fluido por acción de la gravedad, en este caso una esfera, haciendo uso del análisis dimensional.




MATERIAL Y EQUIPO


Material y equipo:

-12 series de tubos de diámetros diferentes.

-12 esferas de diámetros diferentes.

-3 disoluciones de glicerina de viscosidades diferentes.

-3 cronómetros.

-3 embudos.




-acetona


Proceder al llenado de los tubos con las diferentes disoluciones. Sin producción de burbujas.

Una vez llenos, se dejarán caer cada una de las diferentes bolas dentro de cada tubo, midiendo con un cronómetro el tiempo que tarda en recorrer una distancia conocida, comprendidas entre dos líneas marcadas en el tubo. Así se determinará la velocidad límite para cada una de las bolas en cada disolución. Cada determinación de velocidad debe hacerse por triplicado, tomando luego para los cálculos su valor promedio.

Las ecuaciones deben linealizarse y posteriormente se utilizarán los valores de la velocidad límite obtenidos para cada tubo y disolución para calcular los parámetros de dicha ecuación. Los datos experimentales y los valores calculados a partir de ellos han de presentarse en tabla para cada disolución y tubo utilizado. Los datos que se empleen para determinar las constantes han de presentarse en forma gráfica, así como el ajuste efectuado junto con los parámetros característicos de dicho ajuste.

Los resultados han de presentarse de forma clara en tablas. Ha de realizarse un comentario crítico de los resultados obtenidos, haciendo especial énfasis en las posibles fuentes de error inherentes a la experiencia.

REFERENCIAS







PRÁCTICA No. 4 “Determinación de viscosidad de fluidos newtonianos.

INTRODUCCIÓN

Las propiedades de los fluidos, como la viscosidad, se puede determinar por medio de aparatos de laboratorio tales como el viscosímetro. En esta práctica se realizar la determinación de su viscosidad de diferentes materiales que se clasifican como fluidos Newtonianos.

.

OBJETIVO: Conocer el funcionamiento de los diferentes tipos de viscosímetros, mediante la determinación de la viscosidad para diferentes fluidos newtonianos.




MATERIAL Y EQUIPO


Concepto de viscosidad. Principio, funcionamiento de los viscosímetros, ¿Cómo calcular las velocidades mediante

su uso?1. Ostwald.2. Saybolt.3. Brookfield.

¿Qué es un fluido Newtoniano y sus características? Viscosidades teóricas de diferentes fluidos

Nota: Si tienes duda sobre el uso de algún instrumento consulta con el maestro o con el auxiliar de laboratorio.





1. Se deben lavar perfectamente los viscosímetros y el material que se va a utilizar.

2. Determine las viscosidades del agua, acetona y alcohol con el viscosímetro Ostwald. Tome en cuenta que solo se pueden medir viscosidades de solventes en este viscosímetro, esto para evitar que se queden residuos dentro de este. De lo contrario el equipo quedara inservible. Registre correctamente sus viscosidades.

3. Use el viscosímetro Saybolt para determinar las viscosidades del agua, acetona, alcohol, vinagre. Registre los resultados y compare con los anteriores.

4. Calcule las viscosidades del aceite y vinagre usando el viscosímetro Brookiel y compare sus resultados con los 2 anteriores.

REFERENCIAS







PRÁCTICA No. 5 “Determinación de viscosidad de fluidos no newtonianos.

INTRODUCCIÓN

Las propiedades de los fluidos, como la viscosidad, se puede determinar por medio de aparatos de laboratorio tales como el viscosímetro. En esta práctica se realizar la determinación de su viscosidad de diferentes materiales que se clasifican como fluidos No Newtonianos.

OBJETIVO: Conocer el funcionamiento de los diferentes tipos de viscosímetros, mediante la determinación de la viscosidad para diferentes fluidos newtonianos.




MATERIAL Y EQUIPO

1 De los siguientes fluidos escoger dos diferentes por equipo y traer como mínimo 600 ml.

* Gel * Manteca vegetal* Shampoo * Catsup* Crema comestible * Miel* Pintura de agua (concentrada) * Mostaza* Mayonesa * Yogurt

Material y Reactivos

* Viscosímetro Brookfield * Cerillos* 1 vaso de pp. de 1000ml * 2 telas de asbesto* 2 termómetros * Hielo (opcional)* 2 mecheros * Jabón liquido* 2 soportes universales * Franela* 2 agitadores de vidrio





1.- Se debe lavar perfectamente el viscosímetro y el material que se va a utilizar.2.- Determine la viscosidad de la muestra a la temperatura que se les señale.

Muestra Temp. 1 µ 1 Temp. 2 µ 2 Temp. 3 µ 3

4.- Anotar resultados y concluir ¿Cuál es la variación de la viscosidad con respecto a la temperatura, experiencia en el desarrollo de la práctica?, características de los fluidos no newtonianos.

RECMENDACIONES: Lavar los émbolos y recordar que entre más viscoso menor debe ser el émbolo.

NOTA: Si tienes duda sobre el uso de algún instrumento consulta con el maestro o con el auxiliar de laboratorio.

REFERENCIAS







Práctica 6: Uso del software mathematica y excel para cálculos en redes de tuberías.

INTRODUCCIÓN

El uso del software mathematica y Excel es de gran apoyo para la solución de cálculos matemáticos complicados, como son el cálculo de redes de tuberías, por tal motivo se incluye los citados softwares como apoyo en los cálculos a realizar y para proyectos y casos específicos que se realicen en los procesos a nivel educativo e industrial.

OBJETIVO: Resolver problemas de aplicación e interpretar las soluciones de operaciones para el cálculo sobre el principio de la hidrostática, utilizando software mathematica y Excel.

LUGAR: Sala de cómputo del ITESCAM.


Programada para la semana 14 (tercer parcial).

MATERIAL Y EQUIPO

Formulario proporcionado por el profesor.


PASO 1




Abrir el software.

PASO 2

De acuerdo a los ejercicios y guía entregada por el profesor al momento de la práctica, seguir los pasos para seleccionar dentro de los pallets los comandos para resolver las operaciones solicitadas.

PASO 3

De acuerdo a los ejercicios y guía entregada por el profesor al momento de la práctica, seguir los pasos para seleccionar dentro de los pallets los comandos para resolver los ejercicios y cálculos correspondientes a redes de tuberías.

PASO 4

Entregar los ejercicios resueltos al asesor del curso.

EVALUACIÓN Y RESULTADOS

Rúbrica de evaluación

Puntos

I)Resolución de ejercicios que involucren cálculos en redes de tuberías (10 preguntas, 1 punto c/u)

Puntaje según indicadores

20 puntos

2 Puntos

Los estudiantes resuelven el ejercicio haciendo uso del software mathematica y Excel. El resultado es correcto y el trabajo contempla la realización de todos los pasos necesarios para llegar a la solución del ejercicio.

1 punto

Los estudiantes resuelven el ejercicio haciendo uso del software mathematica y Excel. Si bien el procedimiento de resolución es adecuado, existe algún error que no permite llegar a la solución correcta del ejercicio.

0 punto

Los estudiantes no resuelven el ejercicio, o utilizan un procedimiento que no es coherente matemáticamente.

II)Resolución de ejercicios que

Puntaje según indicadores 20 puntos2 puntos Los estudiantes resuelven el ejercicio haciendo uso

del software mathematica y Excel. El resultado es correcto y el trabajo contempla la




involucren redes de tuberías que tengan aplicación tecnológica (10

realización de todos los pasos necesarios para llegar a la solución del ejercicio.

1 punto

Los estudiantes resuelven el ejercicio haciendo uso del software mathematica y Excel. Si bien el procedimiento de resolución es adecuado, existe algún error que no permite llegar a la solución correcta del ejercicio.

0 punto

Los estudiantes no resuelven el ejercicio, o utiliza un procedimiento que no es coherente matemáticamente.

TOTAL 40

REFERENCIAS

Cengel, Y. A., & Cimbala, J. M. (2010). Mecánica de fluidos fundamentos y aplicaciones. Distrito Federal, México: Mc Graw Hill.

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