Practica N 2 Centro de Presiones Mecnica de Fluidos e Hidrulica

Practica N 2 Centro de Presiones Mecnica de Fluidos e Hidrulica

NDICE

RESUMEN 2ABSTRACT 3INTRODUCCION. 4FUNDAMENTO TERICO 5DEFINICIN DE CENTRO DE PRESIONES 5PRESIN EN UN PUNTO 5EMPUJE HIDROSTTICO 5PRINCIPIO DE ARQUMEDES 5EQUILIBRIO DE LOS CUERPOS SUMERGIDOS 6 EQUILIBRIO DE LOS CUERPOS FLOTANTE 6MATERIALES E INSTRUMENTO.7PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 8RESULTADO. 9DISCUSION 11CONCLUSIONES 12RECOMENDACIONES 12REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 13ANEXOS 14

RESUMENEl concepto de presin es muy general y por ello puede emplearse siempre que exista una fuerza actuando sobre una superficie. Sin embargo, su empleo resulta especialmente til cuando el cuerpo o sistema sobre el que se ejercen las fuerzas es deformable. Los fluidos no tienen forma propia y constituyen el principal ejemplo de aquellos casos en los que es ms adecuado utilizar el concepto de presin que el de fuerza. En este experimento se estudi cmo estas presiones producen fuerzas sobre las superficies sumergidas en el fluido.El centro de presin es el punto en el que la suma total de un campo de presin acta sobre un cuerpo, causando una fuerza para actuar a travs de ese punto. El vector de fuerza total que acta en el centro de la presin es el valor del campo de presin vectorial integrado. La fuerza resultante y la posicin del centro de presin producen fuerza equivalente y el momento en el cuerpo como el campo de presin original. Campos de presin se producen en la mecnica de fluidos tanto esttica como dinmica.

ABSTRACTThe concept of pressure is very general and can therefore be used whenever there is force acting on a surface. However, its use is particularly useful when the body or system on which forces are exerted is deformable. Fluids not have their own way and are a prime example of those cases where it is more appropriate to use the concept of pressure the force. This experiment showed how these pressures will produce forces on surfaces submerged in the fluid.The center of pressure is the point at which the sum total of a pressure field acting on a body, causing a force to act through that point. The total force vector acting on the center of pressure is the value of integrated vector field pressure. The resultant force and the position of the center of pressure produce equivalent force and moment on the body as the original pressure field. Pressure fields are produced in fluid mechanics both static and dynamic.

INTRODUCCIONEste laboratorio nos permitir determinar de una manera sencilla la ubicacin fsica del punto donde acta la resultante de la fuerza hidrosttica sobre una superficie sumergida en el seno de un fluido denominado Centro de presiones.Las fuerzas distribuidas de la accin del fluido sobre un rea finita pueden remplazarse convenientemente por una fuerza resultante. El ingeniero debe calcular las fuerzas ejercidas por los fluidos con el fin de poder disear satisfactoriamente las estructuras que los contienen. Es de suma importancia, calcular la magnitud de la fuerza resultante y su lnea de accin (centro de presin). El centro de presin, es un concepto que se debe tener claro, ya que su determinacin es bsica para la evaluacin de los efectos que ejerce la presin de un fluido sobre una superficie plana determinada, por ejemplo: si se quiere determinar el momento que est actuando sobre una compuerta o para estudiar la estabilidad de una presa de gravedad, la pared de un tanque de almacenamiento de lquidos o el caso de un barco en reposo.

FUNDAMENTO TERICO Definicin de Presin:Se denomina centro de presin de un cuerpo al punto sobre el cual se debe aplicar la resultante de todas 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 el centroide geomtrico, 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 flujo. Presin en un Punto:Se sabe que la presin es la fuerza que ejerce un fluido por unidad de rea y que la presin en cualquier punto de un fluido es la misma en todas las direcciones, con la misma magnitud, tomndose como una cantidad escalar. Empuje Hidrosttico: Los cuerpos slidos sumergidos en un lquido experimentan un empuje hacia arriba. Arqumedes indic cul es la magnitud de dicho empuje. De acuerdo con el principio, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un lquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de lquido desalojado. Principio de Arqumedes: Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un lquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de lquido desalojado.

Equilibrio de los Cuerpos Sumergidos:De acuerdo con el principio de Arqumedes, para que un cuerpo sumergido en un lquido est en equilibrio, la fuerza de empuje E y el peso P han de ser iguales en magnitudes y, adems, han de aplicarse en el mismo punto. Equilibrio de los Cuerpos Flotantes: Si un cuerpo sumergido sale a flote es porque el empuje predomina sobre el peso (E>P). En equilibrio ambas fuerzas aplicadas sobre puntos diferentes estarn alineadas.Presin en un punto de un fluido en reposo Naturaleza escalar de la presin Cuando un fluido est contenido en un recipiente, ejerce una fuerza sobre sus paredes y, por tanto, puede hablarse tambin de presin. Si el fluido esta en equilibrio las fuerzas sobre las paredes son perpendiculares a cada porcin de superficies del recipiente, ya que de no serlo existiran componentes paralelas que provocaran el desplazamiento de la masa de fluido en contra de la hiptesis de equilibrio. La orientacin de la superficie determina la direccin de la fuerza de presin, por lo que el cociente de ambas, que es precisamente la presin, resulta independientemente de la direccin; se trata entonces de una magnitud escalar.

MATERIAL Y METODOS

Material necesario:

MATERIALESCARACTERISTICA /CANTIDAD

AguaFluido

Pesa graduada1-metalica

Cubo de ensayocristal

Llave de ingreso

Instrumentos necesarios:INSTRUMENTOCARACTERISTICA PRECISION

Regla metlica 1mm

FlotadorSegmento circular

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

a) Nivelar el recipiente con ayuda de los niveles dispuestos y los tornillos ajustables; ubicar la pesa deslizante indicando la longitud d=10cm en la regla graduada horizontal. Si la superficie horizontal de la anilla basculante no se encontrase horizontal, nivelar utilizando la contrapesa.b) Abrir la llave de ingreso de agua para que comience a llenar el depsito. La llave de desage debe estar completamente cerrada.c) A medida que la superficie libre se aproxima a la superficie curva cerrar parcialmente la llave de ingreso de modo que al llenarlo sea ms lento.d) Como norma, se considera que la superficie libre enrasa con la superficie curva cuando el contacto entre ellas visto de perfil sea de 2.5cm. En este momento puede aprovecharse para nivelar definitivamente el aparato.e) Leer la altura a la que se encuentra la superficie libre del agua.f) Continuar con el llenado del recipiente, abriendo nuevamente la llave de ingreso. Se observa que la superficie curva empieza a levantarse por efecto del empuje del agua.g) Correr la pesa deslizante consiguiendo que la parte superior plana del anillo basculante este aproximadamente horizontal.h) La superficie libre del agua debe estar alrededor de 1cm. del borde superior de la superficie plana vertical, no debe cubrirla totalmente, cerrar la llave de ingreso de agua.i) Correr la pesa deslizante hasta una posicin cuya longitud sea exacta (para facilitar la medicin). Tomar lectura de esta longitud.j) Abrir la llave de desage hasta conseguir que la parte superior plana del anillo basculante este exactamente horizontal. Cerrar la llave de desage.k) Leer la altura a la cual se ubica la superficie libre de agua, h, en la regla vertical ubicada en la esquina del recipiente. Tomar nota de esta lectura. Debe tenerse especial cuidado al efectuar esta medicin, tratando de minimizar el error de paralaje.D 0(cm)H(cm)

107

11.610

15.112

20.614

2315

38.1519.25

l) Correr nuevamente la pesa deslizante. Si se desean tomar varios datos, no correrla demasiado.RESULTADOS

Volmenes:

1. 0 * 11.5 = 02. 24 * 11.5 = 276 cm33. 51 * 11.5 = 586.5 cm34. 84 * 11.5 = 966 cm35. 102 * 11.5 = 1173 cm36. 177 * 11.5 = 2035.5 cm3

1.Fv1= 0 *1 g/ cm3 = 02.Fv2 = 276 cm3 *1 g/ cm3 = 276 3.Fv3 = 586.5 cm3 *1 g/ cm3 = 586.5 4.Fv4= 966 cm3 *1 g/ cm3 = 9665.Fv5 = 1173 cm3 *1 g/ cm3 = 11736.Fv6= 2035.5 cm3 *1 g/ cm3 = 2035.5

1. d2 = 02. d2 =0.98 cm3. d2 =0.59 cm4. d2 =0.48 cm5. d2 =0.46 cm6. d2 =0.41 cm

DISCUSIONLos cuerpos slidos sumergidos en un lquido experimentan un empuje hacia arriba. Este fenmeno, que es el fundamento de la flotacin de los barcos, era conocido desde la ms remota antigedad, pero fue el griego Arqumedes quien indic cul es la magnitud de dicho empuje. De acuerdo con el principio que lleva su nombre, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un lquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de lquido desalojado. La fuerza que ejerce un fluido sobre una superficie slida que est en contacto con l es igual al producto de la presin ejercida sobre ella por su rea. Esta fuerza, que acta en cada rea elemental, se puede representar por una nica fuerza resultante que acta en un punto de la superficie llamado centro de presin. Si la superficie slida es plana, la fuerza resultante coincide con la fuerza total, ya que todas las fuerzas elementales son paralelas. Si la superficie es curva, las fuerzas elementales no son paralelas y tendrn componentes opuestas de forma que la fuerzas resultante es menor que la fuerza total.El accesorio estudiado consiste en un cuadrante montado sobre el brazo de una balanza que bascula alrededor de un eje. Cuando el cuadrante est inmerso en el depsito de agua, la fuerza que acta sobre la superficie frontal, plana y rectangular, ejercer un momento con respecto al eje de apoyo. El brazo basculante incorpora un platillo y un contrapeso ajustable. Deposito con patas regulables que determina su correcta nivelacin. Dispone una vlvula de desage. El nivel alcanzado por el agua en el depsito se indica en una escala graduada.

CONCLUSIONES Se ha determinado la magnitud del empuje hidrosttico sobre un cuerpo sumergido en agua y su elevacin con las cargas de agua.

Se determina las coordenadas del centro de presin.

Se obtuvo una relacin para la variacin de la ordenada del centro de presin y en la abscisa xe.

Los resultados obtenidos en laboratorio sirve para poder comprobar los datos tericos con los prcticos porque a simple vista se observa los errores que se cometen al realizar una prctica.

El objetivo de este ensayo es medir la fuerza que ejerce un fluido sobre las superficies que estn en contacto con l, tanto en superficie plana como curva a 90 menor de 90 y mayor de 90.RECOMENDACIONES Se recomienda antes de empezar a realizar el ensayo, verificar que el equipo este totalmente nivelado, verificando tambin que no exista movimiento que afecte al equipo para no cometer errores de lectura. Se recomienda que al realizar el experimento no debe existir movimiento que afecte el equipo nivelado. Para todo tipo de ensayo se recomienda tener una base terica, para as facilitar el desarrollo de dicho ensayo, logrando tambin una mejor compresin de los fenmenos observados.

REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS MOTT R. Mecnica de fluidos aplicada. Edit. Prentice-Hall. Mxico. 1996. 567 pp.

KING H. Manual de hidrulica. Edit. Hispanoamericana. Mxico. 1996. 560 pp.

SHAMES I. Mecnica de fluidos. Edit. McGraw-Hill. Colombia. 1995. 825 pp.

WHITE F. Mecnica de fluidos. Edit. McGraw-Hill. Espaa. 2004. 821 pp.

POTTER M. & WIGGERT D. Mecnica de fluidos. Edit. Thomson. Mxico 2002. 771 pp.

ANEXOSEQUIPO NIVELADO

BURBUJA EN MEDIO EQUIPO NIVELADO

INGRESO DEL AGUA

1LECTURAD=7, H=10

2LECTURAD=11.6, H=10

3LECTURAD=15.1, H=12

NIVELACION FINAL

MS. ING. SAGASTEGUI PLASCENCIA GERMANPgina 1