Informe 2 de Mecanica de Fluidos (Centro de Presiones)

MECANICA DE SUELO UNSCH

“UNIVERSIDAD NACIONAL SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA” FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL INGENIERÍA AGRÍCOLA

MECANICA DE FLUIDOS INFORME Nro: 02 CENTRO DE PRESIONES

PROFESOR ALUMNO

:

Ing. Bladimir Elvis, HUAUYA ÑAHUI

: 1. RONDINEL ANCHAY, Hans Alexis 2. OCHOA ALACOTE, Juan Jhunnior

FECHA DE ENTREGA

: 12/01/17

Ayacucho – Perú 2017

Ing eniería agrícola


INTRODUCCIÓN: En el campo de la ingeniería se requiere conocer las diferentes fuerzas que interactúan. El presente informe trata sobre el ensayo de laboratorio depresión sobre Superficies Planas Parcialmente Sumergidas. Tema de leal importancia en la Mecánica de Fluidos porque nos permite saber cuáles son las Fuerzas que van a actuar en las paredes que rodean al líquido, como una presa, y su distribución en todo estas paredes. El equipo está concebido de modo que mediante el aprovechamiento de la fuerza de empuje que ejercen los líquidos sobre cuerpos sumergidos se puede determinar experimentalmente el Centro de Presiones de las fuerzas de origen hidrostático que actúan sobre superficies sumergidas en el seno de un fluido. En mecánica de fluidos, se entiende como centro de presión al punto en el que se considera están concentradas - teóricamente – todas las fuerzas debidas a presiones sobre un cuerpo. Se puede visualizar este concepto como el lugar geométrico donde se aplica la resultante de todos los diferenciales de fuerza a lo largo de la superficie del cuerpo. Se trata de un concepto que no necesariamente ha de coincidir con el 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.



1. OBJETO: a. Objetivos generales - Análisis práctico teórico de las fuerzas hidrostáticas sobre una superficie plana sumergida en un fluido incompresible en reposo. b. Objetivos específicos - Análisis cualitativo de las fuerzas ejercidas por el fluido sobre la superficie plana sumergida. - Determinación práctica de la fuerza de presión ejercida sobre la superficie y su ubicación. - Determinación teórica de la fuerza de presión y la ubicación dentro de la superficie sumergida. - Comparación de los datos teóricos y prácticos del laboratorio. 2. FUNDAMENTO TEORICO: 2.1. Empuje hidrostático: Es una fuerza vertical dirigida hacia arriba que un líquido ejerce sobre un cuerpo sumergido en él. Esto se debe a que cuando un cuerpo se sumerge en un líquido, este ejerce fuerzas de presión sobre todos los puntos de la superficie del cuerpo, pero como las fuerzas que actúan tienen diferente magnitud, su resultado no será nulo, la mayor magnitud está dirigida hacia arriba y es lo que representa el empuje hidrostático del líquido sobre el cuerpo. ¿A qué se debe el empuje hidrostático? Esto se debe a que cuando un cuerpo se sumerge en un líquido, este ejerce fuerzas de presión sobre todos los puntos de la superficie del cuerpo, pero como las fuerzas que actúan tienen diferente magnitud, su resultado no será nulo, la mayor magnitud está dirigida hacia arriba y es lo que representa el empuje hidrostático del líquido sobre el cuerpo.

La fórmula para calcular el empuje hidrostático es:

2.2. Presión hidrostática sobre superficies sumergidas: Ing eniería agrícola


La presión hidrostática Es la parte de la presión debida al peso de influido en reposo. En un fluido en reposo la única presión existente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento además puede aparecer una presión hidrodinámica adicional relacionada con la velocidad del fluido. Es la presión que sufren los cuerpos sumergidos en un líquido o fluido por el simple y sencillo hecho de sumergirse dentro de este. Se define por la fórmula:

Dónde: Ph: es la presión hidrostática (N/m2) pg: peso específico del fluido (N/m3). h: altura (m). 3. PROCEDIMENTO Y MATERIALES: Equipos: - Equipo FME- 08 (presión sobre superficies)

Materiales:



-agua

Herramientas: -Balde. -Pesas graduada.

PRCEDIMIENTO: -Medir y tomar nota de las longitudes. -Nivelar el depósito actuando convenientemente sobre los pies de sustentación, que son regulables, mientras se observa el nivel esférico. - Cerrar la espita del fondo del desagüe del fondo del depósito. -Introducir agua en el depósito hasta que la superficie libre de estaresulte tangente al borde más inferior del cuadrante. -Colocar un peso calibrado sobre el platillo de balanza y añadir lentamente agua hasta que la superficie plana a estudiar sea perpendicular a la base del depósito . Anotar el nivel de agua indicado en el cuadrante y el valor del peso situado sobre el platillo. Realizar la operación anterior las veces que fuese necesario, aumentando en cada una de estas el peso progresivamente 4. DESCRIPCION DEL EQUIPO: Ing eniería agrícola


El flotador consistente en un segmento circular de sección rectangular tiene sus caras distales a 90 grados de modo que la horizontalidad de una de estas caras implica necesariamente la verticalidad de la otra cara, cosa que se evidencia mediante un nivel de burbuja fijo en la cara horizontal. Esta condición es la que se aprovecha para anular la componente horizontal de la fuerza hidrostática que actúa en la superficie vertical con la otra componente horizontal que actúa de la parte alabeada ya que por estar en un mismo nivel, ambas son de igual magnitud pero de sentidos contrarios, prevaleciendo solo la fuerza de empuje cuyo Torque producido con respecto al eje de rotación puede ser equilibrado con una pesa de valor conocido y de desplazamiento variable. La magnitud del empuje se determina para la posición de equilibrio por geometría, luego igualando momentos respecto al eje de giro se halla el brazo del momento del empuje y con ello la ubicación del centro de presiones. Esta operación se puede repetir para cualquier nivel de la superficie vertical sumergida. El flotador ocupa un ambiente amplio y puede girar libremente los 360 grados respecto a su eje de giro ubicado en su centro geométrico y está emplazado dentro de una cuba de acrílico transparente que permite una visualización completa de los eventos. 5. RESULTADOS Y DISCUCION: Formulas a utilizar: ycp=

w( D) Fh

Datos obtenidos: Peso(gr) Distancia(cm) Ycp(cm) Fh(cm)

Primeros datos 720 10 15.5 ?

Segundos datos 720 15 17.9 ?

Terceros datos 720 20 16 ?

Primer dato: Fh=

720 kg(10 cm) 15.5 cm

Fh=464.516 kg−F

Segundo dato:



Fh=

720 kg(15 cm) 17.9 cm

Fh=603.35 kg−F

Tercer dato: Fh=

720 kg(20 cm) 16 cm

Fh=900 kg−F

6. DEMOSTRACION: Se sabe que:

P=γ . h …..( 1)

dF=P . dA … …(2)

Entonces, si se toma un área diferencial, cuya altura sería “dh”, y la base estaría dada por “b”, entonces tenemos que: dA=b . dh Entonces, reemplazando en la ecuación (2), tenemos que: dF=P . b . dh … ….( 3)

Y finalmente, reemplazando la ecuación (1) en (3), obtenemos que: dF=γ . h. b . dh Integramos:

∫ dF=γ . b .∫ h .dh 1 F= γ . b . h2 2



Ahora, después de obtenida la fuerza resultante, se toman momentos con respecto al punto de apoyo del eje basculante. De la expresión P = γ.h, se observa que la presión varia linealmente con la altura, entonces se tiene una distribución de fuerzas semejante a un triángulo. Entonces, se sabe que en una distribución triangular, el punto de aplicación de la resultante estará ubicado a 1/3 de la altura.

Entonces, se tendrá que el brazo de palanca de esta fuerza vendrá dado por: brazo=a+ d−

h 3

Por lo tanto, el momento con respecto al punto de apoyo, sería: 1 h M 0= γ . b . h2 ( a+ d− ) 2 3 Y además, el momento debido a la fuerza de la carga puesta en la balanza, sería igual a F.L; obteniendo entonces que: 1 h 2 F . L= γ . b . h (a+ d− ) 2 3 Con lo que queda demostrada la fórmula.

7. CONCLUSIONES: -

Se observa en la toma de datos que la altura de la pared vertical sumergida en el agua va disminuyendo conforme se va bajando el peso. La altura de centro de presiones sobre la pared vertical parcialmente sumergido se ubica a Y/3 del nivel de agua sumergido en la pared vertical. La altura al centro de presiones se ubica por debajo de la fuerza resultante. Tener el mayor cuidado a la hora nivelar el equipo porque nos puede conllevar a errores.

8. ANEXOS:



1 Platillo con pesas. 2 Depósito de agua. 3 Patas regulables. 4 Espita de desagüe. 5 Cuadrante. 6 Escala graduada. 7 Contra peso móvil. 8 Brazo basculante. 9. CUESTIONARIO : 1. Comente el ajuste obtenido de los resultados experimentales con

los teóricos en los gráficos solicitados e Fh vs D. D(c m) 10

Fh(kg)

15

603.3 5 900

20

464.516



Fh vs Dist. 1000 800 600

Fh(kg)

Fh(kg)

400 200 0 8

10

12

14

16

18

20

22

distancia(cm)

Discusión del gráfico: en el grafico podemos apreciar que la fuerza aumenta desacuerdo aumente la distancia, entonces la fuerza es directamente proporcional a la distancia.

2. ¿Qué fuentes de error podrían estar afectando sus mediciones y

resultados? Principalmente al nivelar y también a la hora de abrir la llave del agua asegurarse de cerrarla puesto q esto va a hacer q se desequilibre la balanza.



10. BIBLIOGRAFIA: -Centro de Presione, GUIA PRACTICA DE HIDRAULICA, Jhordy Eduardo, CALDERON AYALO Publicado el 10 de ene. de 2016http://es.slideshare.net/EduardoCalderonAlayo/lab-03-centro-de-presiones-upao-fluidos. - Determinación Del Centro de Presioneshttps://es.scribd.com/doc/99952811/Determinacion-Del-Centro-de-Presiones - Laboratorio de fuerza de presión en superficies-medio marítimo http://es.slideshare.net/damiansolis712/laboratorio-de-fuerza-de-presion-en-superficiesplanas- Publicado el 9 de jul. de 2015.


Informe 2 de Mecanica de Fluidos (Centro de Presiones)

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