2.-ENSAYO - Presiones hidrostaticas TOTALMENTE SUMERGIDAS.docx

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ASIGNATURA: Mecánica ASIGNATURA: Mecánica de fuidos I PROFESORA: Ing. PROFESORA: Ing. Wilmer Zelada Zamora INTEGRANTES: Barboza Samaniego Renato Echegaray Garca !arlos Salazar Es"ueche #e$in %alladolid &ra$ia 'oel %elás"uez Re"ue 'aime

ENSAYO DE FUERZAS SOBRE SUPERFICIES PLANAS TOTALMENTE SUMERGIDAS

INTRODUCCIÓN En la actualidad El ingeniero debe calcular las fuerzas ejercidas por los fluidos con el fin de poder diseñar satisfactoriamente las estructuras que los contienen. Es por eso la importancia de aprender y saber las diferentes características de los fluidos sobre las distintas superficies, en este caso, las superficies planas

El presente ensayo se realizó empleando el “Equipo para presión sobre superficies planas” modelo (FME08) el cual permite determinar la magnitud y la ubicación de la fuerza resultante que produce la presión hidrosttica sobre una superficie plana totalmente sumergida.

En tal sentido es de suma importancia conocer y aprender los pasos adecuados para la realización de este tipo de ensayos ya que nos permitir solucionar problemas sobre hidrulica ya que en la actualidad e!isten un sin n"mero de obras sumergidas tales como presas, canales, puentes, etc.

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OBJETIVOS

#. $eterminar mediante el ensayo, la fuerza que ejerce un fluido sobre la superficie plana que est en contacto con %l. &. $eterminar la posición del centro de presiones sobre una superficie plana totalmente sumergida en un líquido en reposo. '. $eterminar que para cada fuerza ejercida habr un determinado (entro de )resión. *. +ealizar las respectias curas que nos permitan hacer comparaciones y semejanzas

MARCO TEÓRICO: 2


Empuje hidrostático: -os cuerpos sólidos sumergidos en un líquido e!perimentan un empuje hacia arriba. rquímedes indicó cul es la magnitud de dicho empuje. $e acuerdo con el principio, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido e!perimenta un empuje ertical y hacia arriba igual al peso del olumen de líquido desalojado. /u principio puede ser obtenido como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrosttica. (onsiderando un cuerpo en forma de paralelepípedo, las longitudes de cuyas aristas alen a, b y c metros, siendo la correspondiente a la arista ertical. $ado que las fuerzas laterales se compensan mutuamente, sólo se considerarn las fuerzas sobre las caras horizontales. )or lo que se puede concluir que0 el empuje es una fuerza aplicada de sentido contrario al peso a la que estn sometidos todos los cuerpos sumergidos en un fluido o líquido y de acuerdo con el principio de rquímedes su alor es igual al peso del fluido desalojado.

Fuerza sobre u área p!aa " cetro de presioes -a pared lateral del equipo es una rea plana de ancho constante que se encuentra sumergida parcialmente en un líquido cuyo peso específico es 1 esta pared se encuentra erticalmente. )uesto que la presión aria linealmente con la profundidad mostraremos la distribución de la superficie con la pared lateral, tal distribución tiene la forma de un prisma triangular, seg"n las ecuaciones dadas anteriormente encontraremos la magnitud de la fuerza resultante 2r y la ubicación del centro de presiones.

$educción de la En el prisma de

fórmula0 presiones0

d F 1= pdA , Dónde p = γ . h

3


d F 1= γ . h . d A= γ .Y .dA F 1= γ .Y .dA

)or definición de centro de graedad0 F =γ . Y G . A

)or el 3eorema de 4arignon0 M R = Σ M M R

=

dF 1 . y

F . Y P =. y.dA. y 2

Y G . A . Y P =. y . dA 2

Y G . A . Y P= y . dA 2

Y P =

Y P =

y dA Y G . A

I X Y G . A

)or el 3eorema de /teiner0 2

Y P = I X + A .Y Y P =

I x Y G . A

+

$ónde0 5! de graedad.

Y G

6 78 es decir el centro de presiones est debajo del centro 9 :.

4


3

I x =

bh

12

y

Y G h o h =

=

−

d 2

;aciendo momentos respecto al punto <0 F . L=h o . b d (

d

2

12 h 0

d

+a + ) 2

$ónde0 h0= h –

d 2

Y G= a +

d 2

MATERIALES Y EQUIPOS PARA EL DESARROLLO DEL ENSAYO 1. EQUIPOS 5


1.1Equipo para !"ir #u!r$a% "! a&ua 'o"!(o )ME*+, El módulo consiste en un cuadrante montado sobre el brazo de una balanza que bascula alrededor de un eje. (uando el cuadrante est inmerso en el depósito de agua, la fuerza que act"a sobre la superficie frontal, plana y rectangular, ejercer un momento con respecto al eje de apoyo. El brazo basculante incorpora un platillo y un contrapeso ajustable .$epósito con patas regulables que determina su correcta nielación. $ispone de una lula de desag=e. El niel alcanzado por el agua en el depósito se indica en una escala graduada.

(on este equipo se determina el clculo de la presión del agua sobre una superficie plana. • •

• • • •

-a capacidad del tanque0 4 > ?.? lit. -a distancia entre las masas suspendidas y el punto de apoyo0 - > &@? mm. El rea de la sección0 s > 7.77A*#B mC apro!imadamente. -a profundidad total de cuadrante sumergido0 #7 mm. -a altura de punto de apoyo en el cuadrante0 #77 mm. Dn juego de masas de diferentes pesos. #7gr, #77gr, &7gr, F

0ornillo de su7eci8n del

E7e !ontra9es o a7ustable

6


Indicador Escala graduada !uadrante

%ál$ula de desag;e

(i$el de burbu7a

Par4!% "!( !quipo o"!(o )MEO+ u4i(i$a"o !0 (a/ora4orio

1.-/a0o 2i"r3u(io Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos, la teoría hidrulica y las propiedades de la mecnica de fluidos.

-.

MATERIALES lgunos materiales utilizados son0 •

)esas calibradas sern las pesas que se colocaran en el platillo de balanza del equipo, estas tienen pesos de #7gr8 &7gr8 #77gr. :


• •

2luido0 El fluido que se utilizo fue agua. )robeta0 /e usó para realizar el aciado del agua hasta equilibrar el brazo horizontal.

PROCEDIMIENTO #. coplar el cuadrante al brazo basculante enclandole mediante los dos pequeños letones y asegurndolo despu%s mediante el tornillo de sujeción.

<


&.
'. (on el depósito emplazado sobre el Ganco ;idrulico, colocar el brazo basculante sobre el apoyo perfil afiladoF. (olgar el platillo al e!tremo del brazo.

*. (onectar con la espita de desag=e del depósito un tramo de tubería fle!ible, y llear su otro e!tremo al sumidero. E!tender, asimismo, la alimentación de agua desde la boquilla impulsora del Ganco ;idrulico hasta la escotadura triangular e!istente en la parte superior del depósito.

=


?. Hielar el depósito actuando conenientemente sobre los pies de sustentación, que son regulables mientas se obsera el niel de burbuja. B. $esplazar el contrapeso del brazo basculante hasta conseguir que %ste se encuentre horizontal.

A. (errar la espita del fondo del desag=e del fondo del depósito. @. 5ntroducir agua en el depósito hasta que la superficie libre de esta resulte tangente al borde ms inferior del cuadrante. El ajuste fino de dicho niel se puede lograr sobrepasando ligeramente el llenado establecido y, posteriormente, desaguando lentamente a tra%s de la espita.

1>


I. (olocar un peso calibrado sobre el platillo de la balanza y añadir, lentamente, hasta que el brazo basculante recupere la posición horizontal. notar el niel de agua, indicando el cuadrante, y el alor del peso situado sobre el platillo

#7.+epetir la operación anterior arias eces, aumentando en cada una de ellas, progresiamente, el peso en el platillo hasta que, estando nielado el brazo basculante, el niel de la superficie libre del agua enrase con la arista superior de la superficie plana rectangular que presenta el e!tremo del cuadrante.

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##.  partir de ese punto, y en orden inerso a como se fueron colocando sobre el platillo, se an retirando los incrementos de peso dados en cada operación, se niela el brazo despu%s de cada retiradaF utilizando la espita de desag=e y se an anotando los pesos en el platillo y los nieles de agua.

CALCULOS Y E5POSICION DE RESULTADOS

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b > espesor de la cara inferior del cuadrante  c.i.F. d > altura de la c.i. a > altura medida desde la parte superior de la c.i. hasta el brazo de la balanza. - > longitud medida desde el eje basculante hasta el e!tremo del brazo de la balanza. h > altura promedio medida con respecto al menisco de agua. 2; > fuerza hidrosttica. γ >

peso específico del agua # 3n. J m'F.

Fórmula empleada en los cálculos

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CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES #. -as ariables obtenidas en la teoría mediante fórmulas, difieren con los alores obtenidos e!perimentalmente durante la prctica de presión sobre superficies parcialmente sumergidas. 14


&. El ensayo es muy prctico y entendible, porque es fcil y rpido de realizar.

'. En el ensayo se obseró que a medida que se incrementa la fuerza, la altura aumenta de forma proporcional *. (on la prctica realizada se pudo desechar algunas dudas que se tenía teóricamente.

?. (uando se tienen fluidos en reposo, el "nico esfuerzo que aparece es la presión. B. -a diferencia de estos datos teóricos y prcticos pueden haber sido producto de una mala calibración y nielación del equipo o quizs por un error de isión puede ser que se haya equiocado en isualizar.

A. /e recomienda tener mucho cuidado en er bien lo que marca para eitar el error que se pueda cometer. @. 3ambi%n se recomienda comparar los datos obtenidos al menos con dos muestras obtenidas por los dems grupos para poder asimilar mejor los datos y obtener una mayor precisión.

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