Practica 2 Hidraulica

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA.

PROF.: MENDOZA SANCHEZ ITZA

MATERIA: HIDRAULICA BASICA.

GRUPO:

PRACTICA 2.

“ECUCUACIONES FUNDAMENTALES DE LA HIDROSTATICA, PRINCIPIO DE ARQUIMÍDES, PRINCIPIO DE PASCAL”.

“Hidrostática”. OBJETIVO:

Comprender el concepto de carga de presión, la variación de la presión en un líquido con profundidad y carga de presión (ecu. fundamental de la hidrostática). Demostrar experimentalmente el principio de Arquímedes y la ley o principio de pascal.

MATERIAL Y EQUIPO A USAR:

Experimento 1.- Ecuación Experimento 2.- Principio de fundamental de la

Experimento 3.- Principio de Pascal Arquímedes

hidrostática.

-

Base universal.

-

Balanza hidrostática.

-

Balanza de Arquímedes.

-

Pinzas universales.

-

Contrapeso.

-

Contrapesos.

-

Globo, pulpo o jeringa de

-

Tubo de ensayo con

-

Cilindro de Arquímedes.

variación de forma y

-

Vaso de precipitado.

vol.

-

Tubo tipo probeta.

-

Vas o de precipitado.

-

Placa circular de vidrio.

-

Probeta.

-

Agua.

-

Agua.

pascal.

-

Recipiente

rectangular

de

vidrio.

-

Capsula

de

dental

con

membrana elástica aunada a un manómetro diferencial.

-

Agua.

NOTA. Principio de Arquímedes.

Todo cuerpo sumergido parcial o total en el seno de un fluido experimenta una fza de empuje vertical ascendente igual al peso del volumen desalojado, desplazado.

Principio de Pascal.

Toda presión ejercida en el seno de un fluido en un plano horizontal se transmite con la misma magnitud en todas las direcciones. Px = Py = Pz

E = (γ (γf  )  ) (VD)

CONSIDERACIONES TEORICAS. Ecuación Fundamental de la hidrostática:  Las fuerzas asociadas a la presión hidrostática siempre



son perpendiculares al a superficie solidas en contacto y su sentido de empuje. En un punto dentro de un líquido es directamente proporcional al γ del líquido y la profundidad. También es

igual en todas las direcciones.

P= γ h

Dónde:

-

En un líquido la presión se mantiene constante a la misma profundidad.

-

En un plano horizontal dentro de un líquido la presión es constante. Principio de Pascal.

-

En un recipiente cerrado los incrementos de presión s e transmiten íntegramente a todos los puntos del fluido y del recipiente. Δp

h1 p1=γh1

h1

p1=γh1 + Δp

Esto no ocurre con los sólidos, ya que en casos los esfuerzos disminuyen conforme aumenta la distancia del punto de aplicación. Tiene muchas aplicaciones como en los gatos hidráulicos que constan de un recipiente de paredes gruesas lleno de un líquido que no es corrosivo y dos pistones de diferente área. Cualquier fza aplicada en el pistón pequeño se multiplicara en el pistón grande. F1

F2

El incremento de la presión 1 es igual al incremento de  Aceite

la presión en Δp1= Δp2

El principio de pascal tiene relación con la presión hidrostática solo se amplió el concepto introduciendo elementos de la segunda para ejemplificar.

F1/A1 = F2/A2 F2= (A2/A1) (F1) A2˃ A1 (A2/A1) ˃ y F2= F1

De manera que si conocemos las dos áreas se puede determinar la fza necesaria que se debe aplicar en 1 para equilibrar o en su caso “levantar”  a F2. La presión en cualquier punto depende de la profundidad a la que este el punto y el γ del líquido

pero no del tamaño o forma del recipiente



Principio de Arquímedes:   El principio fue establecido alrededor de los 2200 años que declara

que: “Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado”.

Empuje = peso del líquido desalojado

Se entiende por líquido desalojado al que se encuentra en donde ahora está el cuerpo sólido. Evidentemente el volumen del líquido desalojado coincide con el volumen sumergido y puede ser menor o igual al volumen del cuerpo, dependiendo si este se encuentra parcial o totalmente sumer gido. Empuje = (γ liquido)(Vs) DESARROLLO:

El desarrollo de la práctica se lle vó a cabo en tres etapas o los l os fundamentos de la hidrostática.

1.

ECUACION FUNDAMENTAL DE LA HIDROSTATICA.

1.1. Se calibro la balanza hidrostática con el tubo recto o que no tiene variación de forma, indicando la altura a la que el agua llegaría en los diferentes tubos de ensayo.

1.2. Se puso el tubo con una inclinación o un ángulo semejante a 45º y se llenó con agua donde escurrió lo accedente al vaso de precipitado hasta dar la misma altura que en el anterior.

(img. 1.2. aunque el tubo sea irregular en volumen mostro la misma altura que en el primer tubo)

1.3. Se colocó el vaso de mayor volumen y el que tenía forma de embudo agregándole agua que sucedió lo mismo que en los anteriores hasta llegar el líquido a la altura indicada.

Img. 1.3.1 aunque el vaso era de mayor volumen el agua excedente escurrió hasta que la presión determinada diere la misma altura que en los demás vasos.

(Img.1.3.2 en el vaso en forma de embudo se tuvo un  poco de problemas ya el nivel del agua agua no era la misma que en los otros vasos pero no fue por mucho su variación)

1.4.- el profesor mostro unos videos los cuales en uno se colocó aguan en un tubo de difere ntes volúmenes y tamaños donde se observó que la altura era la misma en los diferentes puntos. En un vaso se colocó agua a una cierta altura donde tenía unas conexiones que hacía que el agua fluyera a otros vasos de diferentes tamaños y formas por medio de una llave. Al pasar el agua a los otros vasos el agua llegaba a una cierta altura idéntica en todos los vasos. 1.5- Se midió el volumen obtenido de agua de los diferentes tubos (4) con las probetas

2.

PRINCIPIO DE ARQUIMEDES.

2.1. Se colocó el vaso de precipitado con agua en la parte izquierda de la balanza sumergiendo los cilindros. La balanza marco otra magnitud diferente que al calibrarla o inicial el experimento. experimento.

(Img. 2.1La balanza muestra otra magnitud porque el agua produce empuje ascendente hacia el cilindro.)

2.2. Se introdujo agua dentro del cilindro superior para que la balanza se anivelara y el cilindro inferior entrara por completo en el recipiente con agua.

(Img 2.2 El agua introducida en el cilindro superior es igual al peso del cilindro inferior  por lo que el mismo cilindro vuelve a sumergirse)

2.3. Se montó la placa circular debajo del tubo tipo probeta donde un hilo sujeto al primero pasando dentro del tubo produciendo una tensión al jalarlo hacia ar riba. Se sumergió dentro del recipiente con agua que no se necesitó tensarlo porque el agua producía el empuje y la tapa no caía al fondo del vaso. Se llenó el tubo con agua casi quedando a la mi sma altura de la superficie fuera del tubo y la tapa cayo al fondo.

Img.2.3.- cuando se introdujo el vaso con la tapa no se necesitó ninguna tensión ya que el agua ejercía una presión ascendente lo que provocaba que no callera al fondo del recipiente

El profesor mostro videos acerca del principio de Arquímedes donde demuestra como este personaje experimentalmente con un hecho real le ayuda a un rey a comprobar que la corona que había mandado hacer era realmente de oro y no lo estaban robando. Arquímedes se sumergió en su tina de baño y observo que el agua desplazada de la bañera era igual a su peso.

3.

PRINCIPIO DE PASCAL.

3.1. Se colocó el embolo en la parte superior del pulpo, introduciéndolo de forma lenta. Al hacer presión el agua que tenía un color purpura se movía al mismo tiempo en todos los accesos o ramas del pulpo. 3.2. Se sacó el embolo lentamente y en las diferentes ramas del pulpo se movía en el mismo tiempo el líquido.

Img. 3.1.- al realizar alguna acción con el embolo la sustancia se movía al mismo tiempo en las diferentes ramas d el pulpo.

3.3. Se sumergió la capsula con el manómetro dentro del recipiente rectangular donde registro una determina presión que al rotarlo 360º daba la misma presión pero al sumergirlo más da otro valor.

Img. 3.3 la presión ejercida dentro de un recipiente en un determinada altura es igual en todas direcciones

CUESTIONARIO:

1. Escriba usted la ecuación fundamental de la hidrostática. La presión en un punto dentro de un líquido es proporcional al peso específico y la profundidad porque la presión se mantiene constante a una misma profundidad. P=γh

2. Explique la diferencia entre presión y empuje. Presión es el esfuerzo normal o de compresión mientras que empuje es una fuerza resultante aplicada por un líquido hacia un objeto en forma ascendente. 3. De tres ejemplos de la aplicación de la ecuación fundamental de la hidrostática. 

Para diseñar submarinos que lleguen a una profundidad máxima



En el diseño de presas o termoeléctricas para que se genere mayor energía eléctrica



En el diseño de trajes de buzos o tanques de oxigeno

4. De tres ejemplos de la aplicación del principio de Arquímedes. 

Al sumergir sólidos en líquidos como hielos en un vaso de agua



Hacer alguna comida con caldo



En el diseño de barcos



Saber los días que tiene un huevo (antiguamente)

5. De tres ejemplos de la aplicación del principio de Pascal. 

En los gatos hidráulicos



En elevadoras hidráulicas para levantar cuerpos pesados



En una prensa hidráulica para envases pet

6. Si sumergiéramos 2 esferas de igual volumen pero diferente peso en un recipiente con agua ¿Cómo es el empuje en ambas? ¿Es igual o diferente?. Es el mismo empuje ya por el principio de Arquímedes dice que el empuje será igual al peso específico del líquido en este caso es el mismo para las dos dos esferas (agua) por el volumen desalojado que es el mismo en ambos objetos. CONCLUCIONES.

Los tres principios fundamentales de la hidrostática como lo dice son de mucha importancia para comprender a los fluidos en equilibrio ya que siempre estamos rodeados de fenómenos de este tipo pero nunca observamos su esencia como en un gato hidráulico hidráulico que levanta un automóvil automóvil con una gran fza mayor a la de su forma de recipiente que es muy pequeña que nos hace pensar ¿Cómo algo tan pequeño puede levantar a un objeto mucho más grande y pesado que él sí solamente con hacer palanca a la herramienta levanta un auto? Pues sencillamente por el principio de pascal ya que es muy difícil comprimir a un fluido líquido. ¡Se necesita una fuerza muy grande para lograr esto! Es así que estos líquidos como el aceite y agua son de gran utilidad en la industria que no los vemos pero están presentes en herramientas y maquinaria. Esa así que estos principios tienen mucha relación en otras ciencias y son de gran importancia porque describen el comportamiento estático y su relación con sólidos de los fluidos líquidos como mecánica de suelos o en obras hidráulicas como el diseño de tanques, albercas, presas, muros de contención, compuertas o recipientes. OBSERVACIONES.

Es una excelente práctica porque los profesores explicaron y experimentaron sencillamente y sin dar argumentos malos o tediosos los principios con hechos que pasan en la vida pero nunca observamos detalladamente. El material de apoyo fue bueno porque después de cada tema te queda más claro y da explicaciones de donde fue sus orígenes o en que se ocupó como en Arquímedes. BIBLIOGRAFIA

Ing. Izquierdo Moreno Eduardo /Hidráulica básica. Pasó a paso Giles Ranald, Evett Jack / Mecánica de los fluidos e Hidráulica M. Gerhart Philip / Fundamentos de mecánica de fluidos