2.Fuerzas Sobre Superficies Sumergidas

UPTC Facultad Sede Duitama $ngenier%a &lectromecánica

Fluidos y Máquinas Hidráulicas Código 810!"# $'!01"

PRACTICA DE LABORATORIO 2 FUERZAS SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDAS SUMERGIDAS

INTRODUCCION

&n muc(as situaciones es necesario calcular las )uer*as que act+an en su,er)icies que se encuentran encuentran en el interior de un )luido -su,er)icies -su,er)icies sumergidas./ o ien/ las )uer*as )uer*as actuant actuantes es sore sore las ,aredes ,aredes del reci,i reci,ient ente e que contien contiene e dic(o dic(o )luid )luido o -com,uertas de tanques de almacenamiento/ diques/ etc./ siendo esto el ,unto de ,artida ,ara un dise2o o un criterio de e3aluación del com,ortamiento de la ,ared cuando se le somete a la carga ,or el )luido 1. OBJETIVOS •

Determinar la resultante de las )uer*as (idrostáticas que act+an sore una su,er)icie rectangular sumergida

•

Calcular e4,erimental y teóricamente el lugar de a,licación - Y . de la )uer*a cp

resultante e5ercida ,or el 3olumen de agua 2. GENERALIDADES

!1 FU&67S S9:6& SUP&6F$C$&S SUM&6;$DS Un cuer,o sumergido en un l%quido/ so,orta cargas en todas direcciones/ estas cargas se ,ueden reducir a sus equi3alentes/ ,ara conocer los e)ectos sore el mismo
&n donde

γ es

=

γ h

-&c 1.

el ,eso es,ec%)ico de l%quido y h la distancia 3ertical a la su,er)icie

lire/ la ,resión sore el l%quido 3ar%a linealmente con la distancia x 

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Figura 1 Placa rectangular sumergida en un l%quido

la l%nea de acción de

R siem,re

,asa ,or el centro

de gra3edad de dic(a área &l área a5o la cur3a de ,resión es igual a donde

P E

P E L /

en

es la ,resión en el centro E de la ,laca Para calcular el módulo de

R

de la resultante se ,uede multi,licar el área de la ,laca ,or la ,resión en el centro E de la ,laca
,unto de a,licación p de la resultante R se le conoce con el nomre de centro de presión

Para el cálculo de las )uer*as e5ercidas ,or un l%quido sore una su,er)icie cur3a de anc(ura constante no es )ácil la determinación de la resultante

R

,or

integración directa/ sin emargo considerando el cuer,o lire otenido y se,arando el 3olumen de l%quido ABD limitado ,or la su,er)icie cur3a AB y ,or las su,er)icies ,lanas AD y DB indicadas en la )igura !
W del

3olumen de l%quido se,arado/ la resultante

de las )uer*as e5ercidas sore AD/ la resultante

R2

de las )uer*as e5ercida

sore BD y la resultante de las )uer*as e5ercidas ,or la su,er)icie cur3a sore el l%quido ?sta +ltima resultante es igual y o,uesta/ y esta sore la misma l%nea de acción de

R >

siendo ,or tanto igual a

− R


W , R1

y

R2

,ueden

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determinarse a ,artir de la resolución de las ecuaciones de equilirio del cuer,o lire
− R



Figura ! Placa cur3a sumergida en un l%quido -a. 6esultante de las )uer*as (idrostáticas sore la ,laca -. Diagrama de cuer,o lire del l%quido sore la ,laca

!! 6&@U$S$T9S P6&<$M$A6&S

•

Conocimientos de teor%a de errores

!B UT9&M&A a Determine el centro de ,resión ,ara una com,uerta semieli,tica de lado mayor a y lado menor b/ si el e5e de simetr%a corres,onde al ni3el del l%quido y esta sore el lado mayor  Para la ,laca del numeral anterior/ cuál es la magnitud de la )uer*a (idrostáticaE/ si se encuentra sumergida en= •

•

•

gua Petróleo ceite (idráulico S& #0

9



c $dee un mtodo que ,ermita (allar e4,erimentalmente el ,unto de a,licación de la )uer*a (idrostática 3. MATERIALES Y EQUIPOS

B1 P6T9 UT$<$7D9 P6 6&<$76 &< &P&6$M&AT9 &l a,arato consiste de un reci,iente ,ara almacenar agua/ el cual esta ,i3otado ,ara crear un e)ecto de alan*a/ en uno de sus e4tremos contiene agua y en el otro so,orta una masa conocida> ,osee dos lados cil%ndricos que tienen sus radios coincidiendo con el centro de rotación del tanque y de este modo la ,resión total del )luido que act+a en estas su,er)icies no e5erce momento alrededor del centro de rotación/ el +nico momento ,resente es el que se dee a la ,resión del )luido actuando sore la su,er)icie ,lana &l momento se mide e4,erimentalmente colocando ,esas en el so,orte dis,uesto en el e4tremo del ra*o o,uesto al tanque cuadrante y resol3iendo las ecuaciones de equilirio Figura B ,arato ,ara la reali*ación del e4,erimento

&l tanque ,osee una escala en el cuadrante/ sta se usa ,ara medir la altura h del ni3el del agua ,or dea5o del ,i3ote

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Figura # Detalle del a,arato

Ycp

Donde

I cg es

=

I cg Ycg A

+ Y cg

-&c !.

el momento inercia de la su,er)icie sumergida con res,ecto al e5e

(ori*ontal que ,asa ,or el centro de gra3edad Tala 1 &qui,os Cantida d

1 1

Elemento

&qui,o de e4,erimentación

:alan*a

9



Tala ! Materiales Cantida d

Elemento

1

Ca5a de ,esas

4. PROCEDIMIENTO

#1 G6& T9T
#! 6& P6C$
1. &quilire el sistema con un ni3el de agua menor a  cm - h < 9cm . !. umente la masa a2adiendo más ,esas/ ,ero conser3ando la altura menor a  cm

B. Tome la lectura de h ,ara cada 3ariación de la masa y consigne su 3alor en la tala #

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Figura " Grea totalmente sumergida

5. TOMA DE DATOS

Tala B Grea totalmente sumergida Altura

Masa ( Kg )

( h(m) )

Y cp Práctico

=

( m)

Y cp Teórico ( m )

Tala # Grea ,arcialmente sumergida Altura

( h( m) )

Masa ( Kg )

Y cp Práctico

( m)

Y cp Teórico ( m )

6. CARACTERISTICAS A OBTENER

9tenga la ecuación que ,ermita calcular el centro de ,resión teórico/ mientras que el centro de ,resión ,ráctico se calcula ,or medio de la ecuación 1

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1 G6& T9T
1. Calcule el centro de ,resión ,ráctico ,ara cada 3ariación de la masa !. Calcule el centro de ,resión teórico ,ara cada 3ariación de la masa B. Com,are los centros de ,resión teórico y ,ráctico Calcule el ,orcenta5e de error

! G6& P6C$
1. Calcule el centro de ,resión ,ráctico ,ara cada 3ariación de la masa !. Calcule el centro de ,resión teórico ,ara cada 3ariación de la masa 3)

Com,are los centros de ,resión teórico y ,ráctico Calcule el ,orcenta5e de error

7. CUESTIONARIO

1. Del ,orcenta5e error calculado/ @u se ,uede decir acerca de la ,recisión del e4,erimentoE !. @u )actores in)luyen en el e4,erimento/ que no tiene en cuenta la ecuación que usted determinóE B. @ue in)luencia tiene el ángulo de inclinación del tanque en el cálculo del centro de ,resiónE

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BIBLIOGRAFIA

HAS&A ;/ rt(ur Mecánica de )luidos Me4ico =
2 ed

M4ico = Mc;raL'Hill/ 18

"!,

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