Ensayo en El Banco Hidraulico

ENSAYO EN EL BANCO HIDRAULICO INTRODUCCIÓN Las fuerzas distribuidas de la acción del uido sobre un área nita pueden remplazarse convenientemente por una fuerza resultante. El ingeniero debe calcular las fuerzas ejercidas por los uidos con el n de poder diseñar sati sa tisf sfac acto tori riam amen ente te las las es estr truc uctu tura rass que que los los co cont ntie iene nen. n. Es de suma suma importancia, calcular la magnitud de la fuerza resultante  su l!nea de acción "centro de presión#. El centro de presión, es un concepto que se debe tener claro, a que su determinación es básica para la evaluación de los efectos que ejerce la presión de un uido sobre una supercie plana determinada, por ejemplo$ si se quiere determinar el momento que está actuando sobre una compuerta o para estudiar la estabilidad de una presa de gravedad, la pared de un tanque de almacenamiento de l!quidos o el caso de un barco en reposo.

OBJETIVOS

% &eterminar e'perimentalmente el centro de presión "(.).# "(.).# en una supercie plana vertical parcial  totalmente sumergida. * +nalizar el comportamiento del centro de presión "(.).# "(.).# cuando var!a la altura de agua sobre una supercie plana pl ana vertical.  &eterminar la magnitud de la fuerza resultante ejercida por el l!quido sobre una supercie plana parcial  totalmente sumergida "vertical#. - &eterminar el error que se comete al realizar el e'perimento, con el cálculo teórico.

GENERALIDADES (uando el cuadrante está sumergido en agua es posible analizar las fuerzas actuantes sobre la supercie del cuadrante como sigue$ La fuerza idrostática en cualquier punto de la supercie curva es normal a la supercie  por lo tanto la resultante pasa a trav/s del punto de pivote, porque está localizado en el origen del radio. La fuerza sobre la parte superior e inferior de la supercie curva no produce ning0n efecto en el momento que afecte al equilibrio del armazón, porque todas las fuerzas pasan a trav/s del eje. Las fuerzas a los lados del cuadrante son orizontales  se cancelan "iguales  opuestas#. La fuerza idrostática en la cara vertical sumergida es contrarrestada por el peso de equilibrio. La fuerza idrostática resultante sobre la cara puede ser calculada del valor del peso de equilibrio  la profundidad de agua, como sigue$ •

•

(uando el sistema está en equilibrio, los momentos con respecto del eje son iguales$ &ónde$  m$ es la masa del colgante de peso.  g$ es la aceleración de la gravedad.  L$ es la longitud del brazo de equilibrio. em puje idrostático.  1$ empuje  $ es la distancia entre el eje  el centro de presión

&e calcular el empuje idrostático  el centro de presión al nal de la cara del cuadrante, podemos comparar los resultados teóricos  e'perimentales. )ermite el estudio del comportamiento de un otador  de los factores que determinan su estabilidad. 2n otador de forma rectangular ota sobre el agua  posee un árbol que tiene un contrapeso el cual suministra sobre la escala graduada, la inclinación del mismo. 3e verica que la inestabilidad se obtiene cuando el baricentro  metacentro están a la misma altura. Los resultados e'perimentales además pueden ser comparados con los valores teóricos.

EQUIPO Y MATERIALES: Estabilidad de un cuerpo otador, el 4it está compuesto por$ 2n recipiente de ple'iglás transparente dotado de toberas para la alimentación  la descarga. 5egla m/trica para la detección de la supercie libre del agua. &os perles otadores de diversas formas. &ispositivos para el apoo de la balanza. El recipiente está directamente apoado sobre el 6anco 6ase 789.8& o bien de fuente e'terna.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL: La lectura : ; es importante para el empuje idrostático. En la orizontal "'# asi como en la vertical "# los dos tiene una regla m/trica. + continuación se describirán las principales e'periencias que se pueden realizar en el 6anco. &e acuerdo a la práctica realizada. (ada paso está presidido por una breve descripción de las nalidades que se propone< despu/s sigue una descripción acerca de las modalidades de las pruebas  de la cone'ión entre los distintos elementos del banco en el cual se realizan estas pruebas.

La ejercitación se conclue con una parte que se reere a la interpretación de los resultados< en esta parte se recuerdan las nociones teóricas que son la base del fenómeno observado. Estos fueron los pasos del procedimiento e'perimental$ %. El tanque se pone en pie a la altura de tres pies ajustables para audar a la nivelación. =stos deben levantarse o bajarse a como sea requerido asta que la burbuja este al centro del nivel. *. +juste la posición del peso del contrapeso asta que el brazo de equilibrio est/ orizontal, indicado por la marca central en el indicador nivel. Luego anotar la altura 7 > *??mm "@er gura *#. . 5omper el equilibrio del cuadrante idráulico colocando el porta pesas con un peso conocido "A# en el e'tremo del brazo del mismo. -. Bradualmente agregue agua en el tanque volum/trico, asta que el brazo de equilibrio este orizontal. 3i el brazo de equilibrio se eleve demasiado rápido abra la válvula del desagCe  gradualmente drene el agua asta alcanzar la posición deseada. D. (uando el brazo de equilibrio este orizontal, el nivel de agua en el tanque puede medirse usando la escala al lado del cuadrante. . +notar la lectura "d# del nivel del agua en el cuadrante idráulico. "@er gura #. F. Gncremente el peso "A# en el porta pesas en D?gr  anotar la lectura "d# del nivel de agua en la cara del cuadrante idráulico  el peso "A# acumulado correspondiente. 8. 5epetir el paso "F# cuantas veces sea necesario. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO + trav/s del e'perimento aremos el análisis de los dos casos siguientes$ %. 3upercie vertical parcialmente sumergida. *. 3upercie vertical totalmente sumergida. -PLANO VERTICAL PARCIALMENTE SUMERGIDO )ara el caso donde la cara vertical del cuadrante está parcialmente sumergida. &ónde$ H L$ &istancia orizontal entre el eje  el colgante para peso. H7$ &istancia vertical entre el eje  la base del cuadrante. H &$ La altura de la cara del cuadrante. H6$ +nco de la cara del cuadrante. Hd$ )rofundidad de agua de la cara del cuadrante. H;cp$ &istancia vertical entre la supercie del agua  el centro de presión. Hcg$ +ltura desde la supercie del agua al centro de gravedad del plano. Las fuerzas mostradas como 1, el empuje idrostático  mg, del peso.

CLONCLUSIONES: La nalidad de la prueba es demostrar que una supercie inmersa recibe empuje, llamado empuje idrostático, que depende del área de la supercie  de la altura de su baricentro medida desde la supercie libre Iote como los puntos e'perimentales se alejan bastante de los puntos teóricos< esto se debe fundamentalmente a los errores de forma del cuerpo por lo que el empuje de otabilidad no resulta perfectamente inclinado. La prueba del empuje idrostático es saber lo que el empuje genera en diversos campos.