Descripción: Informe de laboratorio de mecanica de fluidos
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1. COMPETENCIAS: El alumno al desarrollar este laboratorio estará en condiciones de adquirir: Destreza en el uso de los instrumentos y equipos. Determinar la fuerza hidrostática del agua sobre superficies planas en forma vertical. Determinar el momento que genera la fuerza hidrostática para diferentes niveles. Podrá diferenciar objetivamente el centro de presiones y el centro de gravedad para cada una de los diferentes niveles analizados.
2. MARCO TEÓRICO:
Presión hidrostática sobre una superficie plana sumergida: Consideremos el caso general, en que el plano donde se encuentra la superficie plana sumergida
forme un ángulo
fuerzas elementales paralelas
con el plano piezométrico. La presión
, normales al plano
línea de aplicación de esta fuerza con la superficie el centro de gravedad
en cada punto multiplicada por
forma un sistema de
cuya resultante es una fuerza normal también a dicho plano. La intersección de la
determina un punto , que se llama centro de presión, que no coincide en general con
de .
Determinación de la fuerza: La resultante de las fuerzas debidas a la presión sobre una superficie plana sumergida es igual al producto de la densidad del líquido, por la aceleración de la gravedad, por la profundidad del centro de gravedad con relación al plano piezométrico y por el área de la superficie.
MECÁNICA DE FLUIDOS 2 UNSAAC
Determinación del centro de presión : La distancia (coordenada yc) del centro de presiones de una superficie plana a la intersección de dicho plano con el plano piezométrico es igual al cociente de los momentos segundo y primero de la superficie con relación a dicha intersección.
Fuerzas de presión sobre superficies planas verticales:
Donde: : Fuerza de presión hidrostática. :
, altura de carga al centro de gravedad.
: Peso específico. : Momento de Inercia con respecto al centro de gravedad de la superficie sumergida. origen de las coordenadas
: Área de la superficie. El punto de aplicación de la fuerza hidrostática:
para éste caso
,
( )
Fundamento teórico. El objetivo de este equipo es medir la fuerza que ejerce un fluido sobre las superficies que están en contacto con él. Inmersión Parcial: Tomando momentos respecto del eje en que se apoya el brazo basculante se obtiene la siguiente relación:
17 de mayo de 2013
: Coordenada del centro de gravedad al punto
MECÁNICA DE FLUIDOS 3 UNSAAC
(
)
Dónde: : Peso específico del agua.
3. DESARROLLO DE LABORATORIO: DATOS RECOLECTADOS: Tabla Nº 01 H (mm) Dc↑ 70 80 86
H promedio (mm) 69.5 79.5 85.5
Tabla Nº 02 Para cuerpo sumergido Pesos (gr) H (mm) Ac↓ 250 115 280 124 300 129 Dónde:
H (mm) Dc↑ 114 123 129
H promedio (mm) 114.5 123.5 129
17 de mayo de 2013
Para cuerpo semi-sumergido Pesos (gr) H (mm) Ac↓ 100 69 130 79 150 85
MECÁNICA DE FLUIDOS 4 UNSAAC
Ac: llenado del depósito Dc: vaciado del depósito a. Cálculos teóricos y experimentales: Para inmersión parcial Pesos (gr) 100 130 150
Para inmersión total H promedio (mm) 114.5 123.5 129
Ho(m) 0.0645 0.0735 0.079
Fp 0.25 0.28 0.3
Ft 0.25778185 0.290898947 0.311137173
Ft/Ho 3.996617825 3.957808802 3.938445229
1/Ho 15.50387597 13.60544218 12.65822785
Fp/Ho 3.875968992 3.80952381 3.797468354
b. Graficar a escala conveniente y con los valores obtenidos experimentalmente el grafico correspondiente a:
Fp h vs h3 3
e% 3.112739883 3.892481062 3.712391026 17 de mayo de 2013
Pesos (gr) 250 280 300
MECÁNICA DE FLUIDOS 5 UNSAAC
0.03
y = -0.0282x + 0.6061 R² = 0.9866
0.025
H/3
0.02
0.015
0.01
0.005
0 20.55
20.6
20.65
F/h2
La pendiente de esta línea debe ser (
y la ordenada de su intersección con el eje de ésta es:
)
(
)
20.7
20.75
17 de mayo de 2013
20.5
MECÁNICA DE FLUIDOS 6 UNSAAC
(
)
c. Realizar lo mismo para la inmersión total. El gráfico correspondiente a:
Ft vs
1 Ho
18 y = -53.725x + 29.32 R² = 0.9973
16 14
10 8 6 4 2 0
0
0.05
0.1
0.15
0.2
Ft
0.25
0.3
0.35
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1/Ho
12
MECÁNICA DE FLUIDOS 7 UNSAAC
La pendiente de esta línea debe ser (
y la ordenada de su intersección con el eje de ésta es:
)
(
)
(
)
4. CONCLUSIONES: Una vez concluido todo el trabajo, se llegó a las siguientes conclusiones:
La fuerza de empuje sobre un cuerpo sumergido es la diferencia entre la componente vertical de la fuerza de presión en su lado superior y la componente vertical de la fuerza de presión en su lado inferior.
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El empuje es una fuerza vertical que actúa siempre hacia arriba.
