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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
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS - OPERACIONES Y PROCESOS METALURGICOS
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.
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS - OPERACIONES Y PROCESOS METALURGICOS
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.
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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS - OPERACIONES Y PROCESOS METALURGICOS
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).
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS - OPERACIONES Y PROCESOS METALURGICOS
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
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS - OPERACIONES Y PROCESOS METALURGICOS
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
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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.
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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.
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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.
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ANEXOS
Experimento1
Experimento 2
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Experimento 3:
Enfriamiento y calentamiento del agua de mar y potable respectivamente
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