UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL LABORATORIO LABORATORIO DE INVESTIGACIONES HIDRÁULICAS HIDRAULICA I PRACTICA N˚ 2 TEMA: Empuje hidrostático e u! compuert! semici"#dric! u$ic!d! e u!
p!red ic"i!d! % hori&ot!" hori&ot!" de" recipiete recipiete 'EME'TRE: TERCER(
PARALEL(: )
*RUP( N˚: 2
D(CENTE: I+, -!ime *uti.rre& Msc, N(M/RE': N!0!rro Adio 'te1!% M!r"ith P!ch!c!m! (! -os. Ric!rdo P.re& Tir!do M!r#! Is!$e" Tej!d! *o&!"es Rus"! '!ti!+o Tu1io /ed3 -ho% A"ej!dro
REALI4ACI(N DE LA PR5CTICA:
ENTRE*A DEL IN6(RME:
6ECHA: 27 de octu$re de" 28)9
6ECHA: )) de o0iem$re de" 28)9
DA: ;ieres
DIA: ;ieres
H(RARI(: <:88=)):88h
2
1. Introdu!"n# E" empuje hidrostático e super1icies p"!!s o cur0!s es u tem! import!te detro de "! I+eier#! Ci0i"> por?ue !%ud! ! eteder c3mo !ct@! "!s 1uer&!s e super1icies p"!!s o cur0!s sumer+id!s e "os di1eretes c!sos ?ue pued! preset!rse> e "! práctic! permitirá dise!r 3ptim!mete compuert!s ?ue resist! "! presi3 ejercid! por u "#?uido % está d!do por "! presi3 ejercid! por u "#?uido e su cetro de empuje, E e" cá"cu"o de est! presi3 icide p!rámetros t!"es como "! 1orm! de "! compuert!> pro1udid!d> e" peso espec#1ico de" "#?uido> "! u$ic!ci3 ?ue puede ser e e" 1odo> p!red 0ertic!"> o u! p!red ic"i!d!, L! presete práctic! podemos e0!"u!r "! !cci3 de" empuje hidrostático e compuert!s cur0!s p!r! c!"cu"!r "! presi3 e "! p!red por medio de" !+u!> de est! m!er! !s# 1ort!"ecer "os coocimietos !d?uiridos,
Bibliografía
, *u!s+u!> P,> -!0ier> D, B28), Diseo % costrucci3 de u e?uipo didáctico p!r! "! e0!"u!ci3 de" empuje hidrostático e super1icies cur0!s sumer+id!s, 2
, 'treeter> ;, L,> %"ie> E, /,> /ed1ord> F, ,> '!"d!rri!+!> -, *, B)<77, Mecánica de los fluidos B;o", <,
Mc*r!G=Hi"",
3
$. O%&'t!(o)# 2,) ($jeti0o +eer!" -
A!"i&!r e" empuje hidrostático ?ue ejerce u "#?uido so$re u! compuert! cur0! sumer+id! de secci3 semici"#dric!> u$ic!d! e "! p!red ic"i!d! % 1odo de" recipiete,
2,2 ($jeti0os Espec#1icos -
Demostr!r eperimet!"mete ?ue e" empuje hidrostático depede de "! +eometr#! de "! compuest! cur0!> !"tur! de c!r+! % de" peso espec#1ico de" "#?uido,
-
A!"i&!r "!s +rá1ic!s 1uer&! promedio e 1uci3 de" i0e" de !+u!
Ft ( Zo )
¿
p!r! "! compuert! u$ic!d! e "! p!red ic"i!d! % "! +rá1ic! 1uer&! promedio e 1uci3 de "! !"tur! de" !+u! Ft ( H ) p!r! "! compuest! u$ic!d! e e" 1odo -
de" recipiete, Compro$!r ?ue "!s 1ormu"!s emp#ric!s est!$"ecid!s p!r! e" empuje hidrostático e super1icies cur0!s semici"#dric!s so "!s correct!s,
-
Comp!r!r "os resu"t!dos te3ricos co "os eperimet!"es % c!"cu"!r e" porcet!je de error,
*. M+ro t'"r!o Este i1orme se e1oc! e eperimet!r "!s 1uer&!s de empuje ?ue ejerce u 1"uido so$re sus p!redes ?ue "o cotiee % espec#1ic!mete so$re u! super1icie ic"i!d! ?ue tiee u! compuest! semici"#dric!, P!r! este cá"cu"o "! 1uer&! de empuje hidrostático se de$e descompoer "! 1uer&! e sus compoetes hori&ot!"es % 0ertic!"es % posteriormete re!"i&!r u! sum! 0ectori!" p!r! determi!r su resu"t!te, P!r! teer u $ue !pro0ech!mieto h#drico Brepres!s hidroe".ctric!s> repres!s de rie+o se re?uiere !"m!ce!r p!r! su uso posterior, P!r! proceder !" cá"cu"o de est!s estructur!s de !"m!ce!mieto> e" i+eiero de$e situ!r % c!"cu"!r "!s 1uer&!s ?ue 0! !ctu!r so$re "!s p!redes, 4
H!% ciertos o$jetos 1"ot!tes ?ue se ecuetr! e e?ui"i$rio est!$"e cu!do su cetro de +r!0ed!d está por ecim! de" cetro de 1"ot!ci3, Esto etr! e cotr!dicci3 co "o 0isto !teriormete !cerc! de" e?ui"i$rio> si em$!r+o este 1e3meo se produce de m!er! h!$itu!"> por "o ?ue 0!mos ! tr!t!r"o ! cotiu!ci3, ;!mos ! cosider!r "! est!$i"id!d de cuerpos prismáticos 1"ot!tes co e" cetro de +r!0ed!d situ!do ecim! de" cetro de 1"ot!ci3> cu!do se produce pe?ueos á+u"os de ic"i!ci3,
r')!"n H!dro)t-t!+ L! presi3 es "! 1uer&! ?ue se ejerce por uid!d de super1icie, Por "o t!to> 0iee de1iid! por su itesid!d o m!+itud % por su direcci3> siedo e0idete e" setido e ?ue est! !ct@! so$re "!s p!redes de" recipiete ?ue "o cotiee, Cu!"?uier p!red p"!! % t!m$i. ic"i!d! ?ue cote+! u "#?uido soport! e c!d! uo de sus putos> u! presi3 ?ue h! sido de1iid! como "! !"tur! de "! super1icie "i$re de" "#?uido !" puto cosider!do siempre ?ue se tr!te de recipietes !$iertos> ?ue es e" c!so más 1recuete e !p"ic!cioes hidráu"ic!s, Por "o t!to> tod!s "!s 1uer&!s de presi3 p!r!"e"!s> cu%!s m!+itud % direcci3 se cooce> tedrá u! resu"t!te> ?ue represet! e" empuje de" "#?uido so$re u! super1icie p"!! ic"i!d! determi!d! cu%o c!"or % puto de !p"ic!ci3, L! presi3 tot!" ?ue ejerce u "#?uido so$re u! super1icie p"!! ic"i!d! es e" producto de" áre! por "! presi3 hidrostátic! ?ue !ct@! so$re su cetro de +r!0ed!d,
5
/i$"io+r!1#! C!tedr! de I+eier#! rur!", B de No0iem$re de 288<, Ingenieria rural . ($teido de I+eieri! rur!" pd1 site: https:JJGGG,uc"m,esJ!re!Ji+Krur!"JHidr!u"ic!JTem!sJTem!2,pd1 Dh!&o> H, B7 de A$ri" de 288, Plan especifico, ($teido de P"! especi1ico $"o+spot: http:JJp"!especi1ico,$"o+spot,comJ28))J8Jistrumetos=p!r!=medicio=de=presio,htm" Fr!ssoG> H,> C!mp!$!d!" 'e+ur!> 6, B) de M!%o de 288, Digital , ($teido de Di+it!" csic: http:JJdi+it!",csic,esJh!d"eJ)829)J997 Le+u!> L, B2 de Diciem$re de 2888, Fluidos. ($teido de 6"uidos ei! edu: http:JJ1"uidos,ei!,edu,coJhidr!u"ic!J!rticu"osesJmedidoresJmedidoresdepresio"i?uidosJmedi doresdepresio"i?uidos,htm" M!%ori> A, B de 6e$rero de 288<, Mecánica UMSA. ($teido de Mecáic! UM'A edu : http:JJmec!ic!,ums!,edu,$oJ"i$rosJMec!ic!286"uidos28,pd1 'h!mes H> I, B) de A$ri" de 288, Dspace. ($teido de Dsp!ce Ge$ site: http:JJdsp!ce,uc$sc&,edu,$oJdsp!ceJ$itstre!mJ)2O97
. E/u!0o 2+t'r!+3') • • • •
•
A+u! Port! m!s!s Pes!s metá"ic!s de: 8,2+= 8,9+= ),)O+= 2,8+= ,9+= <,77+= )O,+, Re+"! ± 0.1 mm Compuert!s de cierre semici"#drico: b = 0.30 m; D= 0.15 m( pared inclinada) M!+uer! de !"imet!ci3 de !+u! 6
4. E)/u'2+ d'3 '/u!0o Compuert!s de cierre semici"#drico:
Re+"! ± 0.1 mm
Pes!s metá"ic!s
Port! m!s!s
M!+uer! de !"imet!ci3 de !+u!
7
5. M'todo3o67+ Q ($ser0!mos e" $ue est!do de "os e?uipos ! uti"i&!r> t!m$i. ?ue "!s compuert!s de cierre est. !se+ur!d!s p!r! e0it!r 1u+!s de !+u! !"rededor de "!s mism!s Q 'e+uid!mete ""e!mos e" t!?ue co !%ud! de u! m!+uer! coect!d! ! u! $om$! de !+u! ?ue permite u ""e!do más rápido> h!st! ?ue ""e+!mos ! "! !"tur! dese!d! p!r! "! eperieci!, Q Co "! re+"! procedemos ! medir "! !"tur! H desde "! super1icie "i$re !" cetro de presioes de "! compuert! ?ue se ecuetr! u$ic!d! ! u "!do de "! p!red ic"i!d! de" t!?ue> re+istr!mos e "! t!$"! % re!"i&!mos "os cá"cu"os p!r! h!""!r "! 1uer&! eces!ri! ?ue !$rirá "! compuert!, Q Retir!mos e" soporte % "! tuerc! de m!ripos! ?ue m!tiee cerr!d! "! compuert! e "! ?ue re!"i&!remos "! eperieci!, Q Co"oc!mos e" c!$"e so$re "!s po"e!s e iici!mos ! co"oc!r "os pesos h!st! ""e+!r ! u 0!"or !proim!do !" 0!"or o$teido e "os cá"cu"os o de m!er! te3ric!, Q ! ?ue "!s super1icies sue"e pe+!rse !" t!?ue se h!ce u pe?ueo tir3 e e" c!$"e p!r! ?ue "! compuert! se !$r! % de est! m!er! poder o$ser0!r "! eperieci! Q Re+istr!mos "os 0!"ores de peso o$teidos e "! práctic! "os comp!r!mos co "os 0!"ores te3ricos re!"i&!mos e" cá"cu"o de" porcet!je de error, Q Este procedimieto "o re!"i&!mos p!r! di1eretes !"tur!s de !+u! H> p!r! "!s compuert!s e "! p!red ic"i!d! % e e" 1odo de" t!?ue, Q A" re!"i&!r "! práctic! e e" 1odo de" t!?ue procederemos ! sosteer "! compuert! co !%ud! de u m!dero %! ?ue si o se sujet! e" t!?ue se puede 0!ci!r comp"et!mete,
8
8. C-3u3o) 0r')'nt+!"n d' d+to) Cá"cu"os Compuert!s u$ic!d!s e e" 1odo de" t!?ue
|V teorico Vexpereimental| −
E=
Vteorico
∗100
Porcet!je de Error No 1
|13.866
E=
|
−14.007
13.866
∗100
E=1.02
No $
|9.060
E=
|
−8.672
9.060
∗100
E= 4.29
No *
|12.661
E=
|
− 12.786
12.661
∗100
E= 0.95
9
Cu+dro d' d+to) TABLA N91 Co20u'rt+) u%!+d+) 'n 3+ 0+r'd !n3!n+d+ d'3 t+n/u' Datos teóricos Empuje
Nivel
H
F
Fuerza total Ft = F + W
m
kg
kg
0.42
8.989
9,828
0.40
8.710
0.38
8.220
9.556
9.060
TABLA N9$
Ensayos N#
Datos experimentales Nivel (Zo !ontrapeso(Fr Fr ("rom m $g $g
Error %
)8,28O )
8,2
)8,
)8,98
O,2
<,89 7,92
O, ,2<
)8,2 ) )
8,8 8,7
<,89 7,92
TABLA N9* Co20u'rt+) u%!+d+) 'n '3 :ondo d'3 t+n/u' Datos teóricos Nivel
Empuje
Fuerza total
H
F
Ft = F + W
m
kg
kg
10
0.42
12.462
13.866
0.40
11.882
13.266
0.38
11.882
12.666
TABLA N9
Datos experimentales Ensayos
Nivel (&
!ontrapeso(Fr
Fr ("rom
Error
N#
m
$g
$g
%
) 2
8,2 8,8 8,7
),88 ),<8 )2,79
),88 ),<8 )2,79
),82 O 8,
;. Gr+:!+) Co20u'rt+) u%!+d+) 'n 3+ 0+r'd !n3!n+d+ d'3 t+n/u'
11
graco expetimental (t prom !" #o) 11 10.5 f(x) = 42.2x - 7.42
10 9.5
t prom
9 8.5 8 7.5 0.38
0.38
0.39
0.39
0.4
0.4
0.41
0.41
0.42
0.42
0.43
0.42
0.42
0.43
#o
%raco teorico(t prom !" #o) 10 9.8
f(x) = 19.2x $ 1.77
9.6 9.4
t prom 9.2 9 8.8 8.6 0.38
0.38
0.39
0.39
0.4
0.4
0.41
0.41
#o
12
Co20u'rt+) u%!+d+) 'n '3 :ondo d'3 t+n/u'
%raco experimental(t prom !" &) 14.5
14
f(x) = 30.53x $ 1.22
13.5
t prom 13
12.5
12 0.38
0.38
0.39
0.39
0.4
0.4
0.41
0.41
0.42
0.42
0.43
&
graco 'eorico (t prom !" &) 14 13.8
f(x) = 30x $ 1.27
13.6 13.4 13.2
t prom
13 12.8 12.6 12.4 12.2 12 0.38
0.38
0.39
0.39
0.4
0.4
0.41
0.41
0.42
0.42
0.43
&
13
<. An-3!)!) d' r')u3t+do) L!s +rá1ic!s represet! "! re"!ci3 ?ue eiste etre "! 1uer&! tot!" promedio % e" i0e", 'e re!"i&3 dos +r!1ic!s u! co 0!"ores te3ricos % "! si+uiete co 0!"ores eperimet!"es como cost!t!r ?ue "! práctic! se re!"i&3 de m!er! correct! % ?ue e" error o$teido está detro de" error permisi$"e,
1=. Con3u)!on') Tu:!>o ?@onn *r!ci!s ! "! práctic! se pudo determi!r de 1orm! eperimet!" cu!" es "! 1uer&!
•
eces!ri! p!r! !$rir u! compuert!> pudiedo ot!r ?ue ! m!%or i0e" se ecesit!$! u m!%or peso % por t!to u! m!%or 1uer&! p!r! ?ue "! compuert! ci"#dric! •
1i!"mete se !$rier!, Co est! práctic! pudimos demostr!r "!s c"!ses te3ric!s imp!rtid!s e "! c"!se de hidráu"ic! I> puesto ?ue compro$!mos ?ue uestros resu"t!dos eperimet!"es se !cerc!$! muchos ! "os resu"t!dos te3ricos o$teiedo de est! m!er! u error
•
meor !" O % por t!to teiedo resu"t!dos correcto, +@++2+ R!+rdo Coc"uimos ?ue "!s 1uer&!s ejercid!s e e" p"!o ic"i!do es meor ?ue "!s 1uer&!s ejercid!s e e" p"!o hori&ot!" por?ue detro de" p"!o ic"i!do !ct@! 1uer&!s
•
t!to e como e % esto !1ect! otori!mete e e" empuje de "!s compuert!s Determi!mos ?ue e" error m#imo detro de "os d!tos eperimet!"es co "os d!tos e práctic! es de u O % demostr!mos ?ue "! pr!ctic! 1ue todo u .ito
r' T!r+do M+r7+ I)+%'3 E e" t!?ue e e" cu!" se re!"i&3 "! práctic! se pudo cost!t!r e" uso de compuert!s hidráu"ic!s ?ue se puede "oc!"i&!r de m!er! di1erete de !cuerdo ! su uso> "!s compuert!s de" t!?ue se de1i#! de !cuerdo ! sus c!r!cter#stic!s +eom.tric!s> "o cu!" $rido m!%or 1!ci"id!d p!r! c!"cu"!r su áre!, Como se puede comp!r!r co "os resu"t!dos !rroj!dos e "! TA/LA N) % "! TA/LA N p!r! "! compuert! u$ic!d! de m!er! ic"i!d! se ecesit! meos
14
1uer&!> ?ue p!r! "! compuert! u$ic!d! e e" 1odo de" t!?ue> esto se de$e ! "! di1ereci! de empuje ?ue eiste e c!d! c!so,
11. R'o2'nd+!"n Tu:!>o ?@onn - 'e recomied! teer más orde dur!te e" des!rro""o de "!s práctic!s> %! ?ue !" mometo de re""e!r e" t!?ue "! m!+uer! o sue"e dej!rse e su "u+!r
-
desperdici!do recursos de" "!$or!torio, +@++2+ R!+rdo A" mometo de re""e!r e" t!?ue se de$e sosteer "! m!+uer! 1uer! de" i0e" de !+u! %! ?ue si se dej! detro de" "#?uido o permite 0isu!"i&!r de m!er! c"!r! e"
-
i0e" de !+u!, T'&+d+ Ru)3+n P!r! "! práctic! es import!te teer ! m!o "os pesos %! ?ue !" ir co"oc!do de m!er! creciete "! compuert! empie&! ! !$rirse p!u"!ti!mete perdiedo
-
0o"ume de !+u!> co "o cu!" e" error !umet! % "! eperieci! o seri! !decu!d!, r' T!r+do M+r7+ I)+%'3 Es mu% import!te teer cuid!do !" mometo de medir e" i0e" de !+u! ?ue eiste e e" t!?ue> % 0eri1ic!r ?ue "os d!tos se! re+istr!dos de m!er! correct!> p!r! ?ue "os cá"cu"os se! eitosos,
1$. A6r+d'!2!'nto A" "!$or!torio de i0esti+!cioes Hidráu"ic!s de "! 6!cu"t!d de I+eier#! Cieci!s 6#sic!s % M!temátic!> Ui0ersid!d Cetr!" de" Ecu!dorS % su perso!" docete por "os coocimietos imp!rtidos ?ue os 1orm! p!r! cotiu!r uestr! c!rrer! % e e" 1uturo ""e+!r ser $ueos pro1esio!"es, ),B!%3!o6r+:7+ C!tedr! de I+eier#! rur!", B de No0iem$re de 288<, Ingenieria rural . ($teido de I+eieri! rur!" pd1 site: https:JJGGG,uc"m,esJ!re!Ji+Krur!"JHidr!u"ic!JTem!sJTem!2,pd1 Dh!&o> H, B7 de A$ri" de 288, Plan especifico, ($teido de P"! especi1ico $"o+spot: http:JJp"!especi1ico,$"o+spot,comJ28))J8Jistrumetos=p!r!=medicio=de=presio,htm" Fr!ssoG> H,> C!mp!$!d!" 'e+ur!> 6, B) de M!%o de 288, Digital , ($teido de Di+it!" csic: http:JJdi+it!",csic,esJh!d"eJ)829)J997 Le+u!> L, B2 de Diciem$re de 2888, Fluidos. ($teido de 6"uidos ei! edu: http:JJ1"uidos,ei!,edu,coJhidr!u"ic!J!rticu"osesJmedidoresJmedidoresdepresio"i?uidosJmedi doresdepresio"i?uidos,htm" 15
Todo I+eieri! Idustri!", B)7 de No0iem$re de 28)2, todo ingenieria industrial , ($teido de todo i+eieri! idustri!" Gordpress: https:JJtodoi+eieri!idustri!",Gordpress,comJmetro"o+i!=%=orm!"i&!cioJ==medidores= de=presioJ
1*. An'o)
T!?ue comp"et!mete ""eo p!r! Medici3 de "! pro1udid!d> !"tur! B& ! proceder ! medir e" i0e" de !+u! e e" "! ?ue se ecuetr! "! compuert!, mismo
Co"oc!ci3 de" port! m!s!s "ue+o de Mometo e e" ?ue se !$re "! compuert! h!$er re!"i&!do e" cá"cu"o de "! 1uer&! e "! p!red ic"i!d! de" t!?ue ?ue !$rirá "! compuert! e "! !"tur! 16
e"e+id!,
Aumeto de "i?uido e e" t!?ue p!r! C!m$io de" i0e" de !+u! e e" t!?ue re!"i&!r "! eperieci! co u! compuert! e e" 1odo de" t!?ue
17
