INFORME 3 Superficies Planas y Sumergidafluidos

17 SUPERFICIES PLANAS TOTALMENTE TOTALMENTE SUMERGIDAS

Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Urbanismo Escuela Profesional de Ingeniería Civil

SUPERFICIES PLANAS TO T O TA TAL L M E N T E S U M E R G I DA S Estudiantes:

ADIA!"E! ADIA!"E! #A$%UE" #A$%UE" AD&E'( AD&E'( )UA! )UA! BARAHONA LLANOS EDWIN MESIAS JUAREZ JUAREZ MORALES MORALES CARLOS CARLOS OMAR EMIR FERNANDEZ GALVEZ SLATER

Docente: *A!CE$ +U-%UE .I/UE' Asignatura:

Fec2a:

.ec0nica de Fluidos 1

)ueves 13 de mayo mayo del 3415

Pimentel, 13 de .ayo del 3415

MEC ME CANI ANICA DE DE FLUI FLUIDO DOS S

1

17 SUPERFICIES PLANAS TOTALMENTE SUMERGIDAS

INDICE INTRODUCCION.............................................................................................. 3 1.

OBJETIVOS............................................................................................... 4 1.1 OBJETIVO PRINCIAL:..............................................................................4 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:.....................................................................4

2. MEMORIA DISCRIPTIVA.............................................................................5 2.1

INMENSION TOTAL.............................................................................5

2.2

MATERIALES Y EQUIPOS....................................................................8

2.3

CARACTERISTICAS..........................................................................11

2.4

PROCEDIMIENTO..............................................................................12

3. MEMORIA DE CÁLCULO..........................................................................13 4.

CONCLUCIONES..................................................................................... 16

5. RECOMENDACIONES.............................................................................. 17 6.

ANEXOS................................................................................................. 17

MECANICA DE FLUIDOS

2


INTRODUCCION En la vida cotidiana, como ingenieros civiles desarrollamos una seria de actividades bajo el agua, intervienen diferentes disciplinas fundamentales, tal es el caso como mecánica de fluidos, que es la parte de la mecánica que estudia las leyes del comportamiento de los fluidos en equilibro (hidrostático) y n movimiento (hidrodinámico). Los fluidos experimentan una serie de eventos, como por ejemplo la accin de una fuer!a que act"a en los cuerpos sumergidos, llamado presin hidrostática. En el presente ensayo de laboratorio describe el proceso para hallar experimentalmente la fuer!a hidrostática ejercida sobre una superficie totalmente sumergida y luego compararlo con la hallada empirimetrica, en consecuencia determinar el comportamiento que tiene el fluido en su distribucin de presiones sobre una superficie plana totalmente sumergida. Los conocimientos adquiridos debido al desarrollo de esta práctica de laboratorio nos servirán un futuro, en nuestra vida profesional como ingenieros civiles. #omo por ejemplo en obras hidráulicas de gran envergadura como puede ser la construccin de reservorios, acueductos, tanques, canales centros hidroel$ctricos, etc. El equipo de presin sobre la superficie (%&E') asido diseado para determinar el empuje estático ejercido por un fluido sobre un cuerpo sumergido y contrastarlo con las predicciones de tericas habituales.

1. OBJETIVOS. 1.1 OBJETIVO PRINCIAL: *eterminar experimentalmente la fuer!a hidrostática que ejerce un fluido sobre una superficie parcialmente sumergida de que se encuentren en contacto con $l. 1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS: *eterminar la posicin del centro de posiciones de una superficie plana parcialmente sumergida en un l+quido en reposo. •

•

•

#omprar la fuer!a hidrostática terica con la fuer!a hidrostática práctica.

#omprar el momento causado por la fuer!a hidrostática, con el momento causado con las pesas colocadas

MECANICA DE FLUIDOS

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2. MEMORIA DISCRIPTIVA 2.1

INMENSION TOTAL

%E-/ E0E-#1*/ 23- 4 L151*3 36-E 4/ 72E-%1#1E 2L/4/. La fuer!a % ejercida por un l+quido sobre una superficie plana / es igual al producto del peso espec+fico del l+quido para la profundidad 89 del centro de gravedad de la superficie y por el área de la misma. F =γ . Hg . A

Las unidades son: 4;
γ =1

gr − f cm

3

=1

ton m

2

= 1000

kg− f m

3

=9810

N m

3

7e observa que el producto del peso espec+fico por l profundidad del dentro de gravedad de la superficie es igual a la presin en el centro de la gravedad del área. 14&E-7134 2/-#1/L 7e toma momentos con respecto al punto de apoyo del eje basculante, puede llegar a la siguiente conclusin. #>L#L3 *E L/ %E-/ E?2E-1E&E4@/L.

d

2

d a+ + 2 12 ho F . L=γhgbd ¿

MECANICA DE FLUIDOS

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F =

W.L d

2

d a+ + 2 12 ho

 A es el peso espec+fico del agua (B'''
5


    

a BF.Gcm bHcm dI.Hcm LFH.G 8 es la altura del fluido.

*emostracin dF = PdA

∫

F =γ y dA

F =γhcA

CENTRO DE PRESION. El centro de presiones el punto por lo cual se ejercen las l+neas de accin de las fuer!as que ejercen presin sobre un cuerpo sumergido en un l+quido. El centro de presin y el centro de gravedad no coinciden en ning"n punto ya que el centro de presiones siempre está por debajo del centro de gravedad. Esto es porque la fuer!a resultante aplicada está por debajo del centro de gravedad y el centro de presiones corresponde a la misma distancia de ubicacin de la fuer!a resultante.

agua

d%

d

dCF %dCD

1

El momento con respecto al punto de apoyo.

2.2

2

Mo = γ . b . h ( a + b− 2

h 3

)

MATERIALES Y EQUIPOS MECANICA DE FLUIDOS

6


EQUIPOS. El equipo para medir fuer!a de agua. (&odelo %&E') El modelo consiste en un cuadro montado sobre el bra!o de una balan!a que bascula alrededor de un eje. #uando el cuadrante está inmerso en el depsito del agua, la fuer!a que act"a sobre la superficie frontal, plana y rectangular, ejerce un momento con respecto al eje de apoyo. El bra!o basculante incorpora un platillo y un contrapeso ajustable. *eposito con patas regulables que determina su correcta nivelacin dispone de un válvula de desagJe. El nivel alcan!a por el agua en el deposito se indica en una escala graduada.

#on este equipo se termina el cálculo de la presin del agua sobre una superficie plana.      

La capacidad del tanque La distancia entre la masa de la superficie y el punto de apoyo. El área de la seccin La profundidad total del cuadrante sumergido /ltura del punto de apoyo. n juego de masas de diferentes peso.

MECANICA DE FLUIDOS

7


MECANICA DE FLUIDOS

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MATERIALES.  2esas calibradas serán las pesas que se colocan en el platillo de balan!a del equipo.

 %luido: el fluido que se utili!amos fue agua.

 tili!amos una jarra para vaciado del agua hasta equilibrar el bra!o hori!ontal.

2.3

CARACTERISTICAS MECANICA DE FLUIDOS

9


#ompuesto por un banco hidráulico mvil que se utili!a para acomodar un amplia variedad de mdulos, que permiten al estudio experimentar los problemas que plantea la mecánica de fluidos. Equipo autnomo (depsito y bomba incluidos) innovador sistema de ahorro de agua consistencia en depsito sumidero de alta capacidad y un rebosadero que disuelve el excelente de agua de dicho depsito. Kálvula de desagJe fácilmente axesible dispone de un deposito escalonado (volumen) para medir caudales altos y bajos, además de una probeta de u litro de capacidad para caudales a"n más bajo. @ubo de nivel provisto de escala que indica el nivel del agua del depsito superior. #audal regulado mediante una válvula de membrana 2antalla amortiguadora de flujo para reducir el grado de turbulencia. #anal en la parte superior especialmente diseado para el acoplamiento delos mdulos, sin necesidad de usar herramientas. El montaje de los distintos mdulos, sin necesidad de utili!ar herramientas, asegura su simplicidad. %abricado con &ateriales resistentes a la corrosin lo que garanti!a una larga vida "til del equipo. 6omba centrifuga, interruptor de puesta en marcha de la bomba, seguridad y piloto de encendido. #ada mdulo se suministra completo y es de fácil y rápido conexin al banco, maximi!ando as+ al tiempo disponible para que el estudiante realice su experimento de demostracin o medida. tili!able con distintos equipos del área de mecánica de fl uido.

MECANICA DE FLUIDOS

1 0


2.4

PROCEDIMIENTO

 /coplar el cuadrante al bra!o basculante enclavándolo mediante los dos pequeos tifones y asegurándolo despu$s mediante el tornillo de sujecin.  &edir y tomar nota de las cotas designadas por a, L, d y b; estas "ltimas correspondientes a la superficie plana situada al extremo cuadrante.  #on el deposito empla!ado sobre el banco hidráulico, colocar el bra!o basculante sobre el apoyo (perfil afilado). #olgar el platillo al extremo del bra!o.  4ivelar el deposito actuando convenientemente sobre los pies de sustentacin, que son regulables mientras se observa el nivel de burbujaM.  *espla!ar el contrapeso del bra!o basculante hasta conseguir que este se encuentre hori!ontal.  1ntroducir agua en el depsito hasta que la superficie libre de esta quede a nivel de la arista superior, la cara plana que presenta el cuadrante en su extremidad, y el bra!o basculante este en posicin hori!ontal con ayuda de pesos calibrados situados sobre platillo de la balan!a.  El ajuste fino de dicho nivel se puede lograr sobrepasando ligeramente el llenado establecido posteriormente, desaguando lentamente a nivel de la aspita. /notar el nivel del agua indicando el cuadrante y el valor del peso situado en el platillo.  1ncrementar el peso sobre el platillo de la balan!a y aadir lentamente agua hasta que el bra!o basculante recupere la posicin hori!ontal.  @omar nota del nivel actual y del peso correspondiente.  -epetir la operacin anterior varias veces, aumentando en cada una de ellas, progresivamente, el peso en el platillo hasta que, estando nivelado el bra!o basculante, el nivel de la superficie libre de agua alcance la cota sealada por la escala del cuadrante.  / partir de ese punto, y en orden inverso a como se fueron colocando sobre el platillo, se van retirando los incrementos de peso aadidos en cada operacin. 7e nivela el bra!o (despu$s de cada retiro utili!ando la espita de desagJe y se van anotando los pesos en el platillo), y los niveles de agua.

3. MEMORIA DE CÁLCULO. MECANICA DE FLUIDOS

1 1


#onsiderando a

d

BF. G H.' ' I.H

8

NB

b

'. '.'H '.'I H '.NB

DATOS DE LABORATORIO LLENADO DE DEPÓSITO

VACIADO DE DEPÓSITO

PESOS

ALTURA

PESOS

ALTURA

F(gr)

H(mm)

F(gr)

H(mm)

1

!

"#

%$1#

"1

"

%"

&

#1

!

'!

&#

'!

&#

#&

!

%!

&

"1

"

$$

1#

&%

"#



1

1%

CALCULOS MECANICA DE FLUIDOS

1 2


DONDE *+%,m +%mm -+.%,m +%mm +1&.#,m +1&#mm L+&%.#,m +&%# mm

/ , (mm)

H0rm2-3( mm) !

61$.#

"1 #1

6%.# - + %mm

&.#

'!

1".#

%!

&".#

$$

!.#



#.#

DISTANCIA AL CENTRO DE GRAVEDAD

/ ,+ H0rm2-3 4 -5&

MECANICA DE FLUIDOS

1 3


MOMENTO DE INERCIA Ig bd

3

12

D7-2

Ig+

*+%mm -+%mm (

70 97

3

)

12

Ig+ #!&!&#.$!!

4

mm

8REA DE LA REGIÓN PLANA

A+ bxd A+70x97  A+'% mm + '.%9 2

−3 10

m

2

MECANICA DE FLUIDOS

1 4


H0rm2-3( m)

/ , (m)

FH

.!

6.1$#

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."1

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CON LOS DATOS

OBTENIDOS ANTERIORMENTE: HALLAMOS LA FUERZA HIDROST8TICA TEÓRICA: LA CUAL ES IGUAL A

FH+ (;)  !"#$  !A$

MECANICA DE FLUIDOS

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4. CONCLUCIONES  7e observa una diferencia entre las curvas de la gráfica de fuer!as, que pueden ser causadas por los errores cometidos en el momento de reali!ar las observaciones de las alturas o errores cometidos al momento de equilibrar el bra!o basculante.  7e observa que los datos obtenidos en el laboratorio, no cumplen completamente con la formula obtenida, esto puede deberse a que la formula se basa en condiciones ideales, y en la realidad el comportamiento es diferente del asumido tericamente.  @ener bien calibrado el equipo para obtener datos correctos y obtener una mayor precisin en el transcurso del laboratorio, de esta manera no alterar los valores encontrados.  #oncluimos que a medida que la altura al centro de gravedad aumenta la fuer!a que ejerce el agua disminuye, y obviamente la presin tambi$n disminuye.

5. RECOMENDACIONES.  2ara obtener datos más precisos, antes de iniciar el ensayo se debe nivelar y calibrar el equipo de manera correcta, para as+ disminuir el margen de error.  / la hora de medir la altura se debe de colocar la mirada al mismo nivel en que esta el agua para dar una medida más acertada.  -eali!ar el experimento tomando minuciosamente las notas de las respectivas observaciones ya que son importantes a la hora de proceder a reali!ar el informe.

6. ANEXOS

F!"#$% 01&' ()*+), -%, (+,%,  -#+") /)%$ %(#*/+,. P%$% %+$ ,#, -#-),

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F!"#$% 02&'+#!() )* %"#% (%$% ($)+d+$ %+$ +-

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