LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS INFORME Presión sobre superficies
UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELAZQUES FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS PURAS
DOCENTE ASESOR:
INGENIERIA CIVIL
Ing. RUBEN ALEX MAMANI APAZA
PRESENTADO POR:
CHAMBI QUISPE ALBERT SEMESTRE: IV “D”
Juliaca – Juliaca – Perú Perú 2013
UNIVERSIDAD ANDINA NESTOR CACERES VELAZQUES FACULTAD DE INGENIERIA Y CIENCIAS PURAS INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS
PRACTICA:
Presión sobre superficies total y parci almente sumergidos
DIA DE LA REALIZACION: L
M
M
J
FECHA DE REALIZACION:
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HORA DE PRECTICA:
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FECHA DE ENTREGA:
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DOCENTE ASESOR DE LA PRÁCTICA:
V
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APELLIDOS:
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NOMBRES:
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SEMESTRE:
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JULIACA 2013
LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS INFORME: PRESION SOBRE SUPERFICIES PLANAS INTRODUCCIÓN
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 para nuestro estudio las planas, su localización, modulo dirección y sentido.
La práctica de laboratorio se hizo con el propósito de analizar la presión que ejerce un líquido en reposo (en este caso agua) sobre una superficie plana sumergida. Dicha superficie puede estar parcial o totalmente sumergida, así como puede estar en una posición vertical, o bien, con cierta inclinación la cual se determina midiendo el ángulo Ѳ con respecto a la vertical. Si hay presión, existe una fuerza que causa dicha presión;
en este experimento es de interés conocer la magnitud de esta fuerza, conocida como fuerza hidrostática, y desde luego, el punto en que actúa su línea de acción, conocido como centro de presión (cp). El conocimiento de la ubicación de este punto es vital para determinar los efectos que causa la presión del agua en reposo sobre la superficie planas Sumergida, en lo cual se considerarán cuatro casos para su estudio. El ingeniero debe calcular las fuerzas ejercidas por los fluidos con el fin de poder diseñar satisfactoriamente las estructuras que los contienen. Una aplicación práctica es el diseño de compuertas como lo es una presa. Así que este laboratorio es de suma importancia para la formación de los futuros ingenieros, quienes deben de combinar la teoría con la práctica.
OBJETIVOS
Conocer experimentalmente algunas propiedades de los fluidos sobre superficies Planas, como calcularlas y la manera más fácil y precisa de determinarlas para determinar el centro de presión de fluidos sobre superficies planas y comparar los resultados con datos teóricos.
Evaluar las características de las fuerzas hidrostáticas.
Determinar las variaciones del centro de presión con respecto a la profundidad.
Adquirir destreza en el manejo de los equipos e instrumentos del laboratorio.
EQUIPOS Y MATERIALES A UTILIZAR
Banco hidráulico de base.
Agua
Balanza ( equipado encima del banco hidráulico)
Guía de Practicas.
Descripción del aparato En un depósito se sumerge un cuadrante tórico de sección rectangular. Un brazo adosado al cuadrante permite suspenderlo para que pivote libremente en torno a un eje. El par ejercido por el peso del cuadrante tórico se puede equilibrar gracias a un contrapeso ajustable en un extremo del brazo. En el otro extremo se coloca una varilla con diferentes masas para contrarrestar el par ejercido por la presión hidrostática. Una escala sobre el cuadrante permite determinar su profundidad de inmersión. El depósito se vacía a través de la llave de descarga. Un nivel de burbuja y un pie ajustable permiten nivelar el conjunto.
FIGURA : ESQUEMA
MARCO TEORICO. Empuje hidrostático. La fuerza de empuje, que es igual al peso del fluido desplazado, tiene como punto de aplicación el centro de gravedad del volumen de fluido que es desplazado por el cuerpo. Si suponemos que el fluido es homogéneo, entonces ese punto coincide con el centroide de la región del cuerpo que ha desplazado al fluido. Ese punto se denomina centro de flotación y en las figuras lo denotaremos por B. Por otro lado, el peso del cuerpo actúa equivalentemente en el centro de masa del cuerpo G el cual puede o no coincidir con el centro de flotación, dando origen a la necesidad de analizar la estabilidad de cuerpos sumergidos en equilibrio. Cuerpo totalmente sumergido Cuando un cuerpo está totalmente sumergido, pueden ocurrir tres casos según el centroide del líquido desplazado, punto B, esté sobre, coincida o esté más abajo que el centro de masa del cuerpo, punto G. En el primero, la fuerza de empuje actúa más arriba del peso, luego para una rotación del cuerpo, aparece un par que tiende a restaurar la posición original, en consecuencia este equilibrio es estable. En el segundo caso, no aparece par al girar el cuerpo, luego el equilibrio es indiferente y en el último, el par que se origina tiende a alejar el cuerpo de la posición de equilibrio, la cual es en consecuencia, inestable.
Centro de presiones. Se denomina centro de presiones de un cuerpo al punto sobre el cual se debe aplicar la resultante de todas las presiones ejercidas sobre ese cuerpo para que el efecto de la resultante sea igual a la suma de los efectos de las presiones. Se trata de un concepto que no necesariamente ha de coincidir con e l centroide geométrico, el centro de
masas o el centro de gravedad. La coincidencia o no de estos conceptos permite analizar la estabilidad de un cuerpo inmerso en un fluido. El centro de presiones es el punto por el cual se ejercen las líneas de acción de las fuerzas que ejercen presión sobre un cuerpo sumergido en un líquido.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Funcionamiento
Cuando el cuadrante se encuentra sumergido la presión hidrostática del agua actúa sobre todas sus caras mojadas.
Las fuerzas de presión sobre las caras planas anterior y posterior son iguales y de sentidos contrario, por lo que se anulan mutuamente. Además, estas fuerzas son paralelas al eje de giro por lo que no ejercen momento. El cuanto a las dos caras curvas, su centro coincide con el eje de giro, por lo que la línea de acción de las fuerzas de presión sobre estas caras pasa por el eje de giro A y tampoco ejercen momento respecto de A. La única fuerza de presión que ejerce momento respecto de A es la ejercida sobre la cara plana rectangular vertical, superficie la sombreada de la Figura 2. Si el brazo está nivelado este momento se contrarresta con el ejercido por las masas que cuelgan de su extremo.
El momento ejercido por las masas que cuelgan será su peso por la distancia de la línea de acción al pivote A. El módulo de la fuerza hidrostática es el volumen del prisma de presiones. Su línea de acción es perpendicular a la superficie sobre la que actúa (horizontal en este caso) y pasa por el centro de gravedad de dicho prisma. Conocido el módulo de la fuerza y su punto de aplicación se calcula el momento ejercido respecto de A. Habrá que distinguir dos casos:
a) Cuando la superficie vertical del cuadrante se encuentra completamente sumergida (h>a).
b) Cuando el agua no cubre completamente la superficie vertical del cuadrante (h
Procedimiento para la toma de datos 1. Nivelar el tanque. Girar el tornillo del pié ajustable hasta que el nivel de burbuja indique la horizontalidad. Para no perder la horizontalidad evitar mover el aparato en el transcurso de la práctica. 2. Equilibrar el momento ejercido por el peso del cuadrante. Con el depósito vacío y sin masas ni varilla porta masas en el extremo del brazo pivotante, girar el contrapeso hasta que el brazo pivotante quede horizontal. La parte plana del extremo del brazo pivotante debe estar en enrasada con la línea central del indicador de nivel. No volver a tocar el contrapeso en el transcurso de la práctica.
3. Cargar el brazo pivotante. Colocar la varilla en la ranura del extremo del brazo y encajar en ella discos de 50 g hasta alcanzar una masa total de 450 g. Téngase en cuenta que la varilla porta masas tiene una masa de 50 g. El brazo quedará inclinado hacia abajo, haciendo tope en el extremo inferior del indicador de nivel. 4. Llenar el depósito. Cerrar la llave de descarga y verter agua en el depósito hasta llenarlo completamente. El brazo deberá inclinarse hacia arriba hasta h acer tope con el extremo superior del indicador de nivel. 5. Equilibrar. Vaciar lentamente el depósito abriendo la llave de descarga hasta que el brazo recupere la horizontalidad. Cuando el brazo e stá nivelado, la fuerza sobre la cara vertical del cuadrante y el peso del extremo del brazo pivotante ejercen momentos iguales y opuestos sobre el eje A. Apuntar la masa total del extremo del brazo me y la profundidad de inmersión he que marca la escala impresa sobre la pared frontal del cuadrante. 6. Quitar un disco de 50 g de la varilla y repetir el paso anterior hasta eliminar todas las masas. 7. Finalizar la práctica. Quitar la varilla-soporte. Dejar abierta la llave de descarga. Girar aleatoriamente el contrapeso y el tornillo del pié.
DATOS OBTENIDOS Los datos que obtuvimos en el laboratorio son:
Experiencia nro. 01 Altura del nivel de agua: Lectura en X:
Experiencia nro. 02 Altura del nivel de agua: Lectura en X:
Experiencia nro. 03 Altura del nivel de agua: Lectura en X:
Posterior a la obtención de datos realizaremos los cálculos con las siguientes formulas
CUADRO DE RESULTADOS Y
x
S.calc
S.exp
CONCLUSIONES En la práctica se pudo apreciar dos tipos de presión una sobre una superficie totalmente sumergida y otra parcialmente sumergida, en la primera no se tubo complicaciones para equilibrar el cuerpo flotador a diferencia del segundo caso donde nos tomo más tiempo. Además podemos decir que esta experiencia nos enseña como realmente funciona las fuerzas sobre superficies y mediante dicha práctica podemos realizar cálculos para escalas mayores requeridas en el campo de la ingeniería civil.
ANEXO Imágenes tomadas en el laboratorio
FIG. Equilibrando el cuerpo flotador
Fig. Realizando la lectura en X
Fig. Realizando la lectura en Y
