Informe Superficies Totalmente as

5/10/2018 Informe Superficies Totalmente as - slidepdf.com

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Presión sobre superficies totalmente sumergidas

Mecánica de Fluidos 1 Página 1

Índice


I. Introducción …2

II. Objetivos …3

III. Marco teórico …3

IV. Equipos Utilizados

1.-Presión sobre superficies …6

2.-Banco hidráulico … 9

3.-Juego de pesas …11

4.-Probeta graduada …12

V. Procedimiento …12 VI. Datos obtenidos …15

VII. Cálculos Realizados …16

7.1Fórmula utilizada en los cálculos …17

Grafica …19

VIII. Conclusiones y Recomendaciones …20

IX. Bibliografía …22





I) INTRODUCCION

En la actualidad 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, en este caso, las superficies planas

El presente ensayo se realizo empleando el “Equipo para presion sobre

superficies planas” modelo (FME08) el cual permite determinar la magnitud y

la ubicación de la fuerza resultante que produce la presión hidrostática sobre

una superficie plana totalmente sumergida.

En tal sentido es de suma importancia conocer y aprender los pasos adecuadospara la realización de este tipo de ensayos ya que nos permitirá solucionar

problemas sobre hidráulica ya que en la actualidad existen un sin número de

obras sumergidas tales como presas, canales, puentes, etc.





II) OBJETIVOS:

Determinar mediante el ensayo, la fuerza que ejerce un fluido sobre la

superficie plana que esta en contacto con él.

Determinar la posición del centro de presiones sobre una superficie plana

totalmente sumergida en un líquido en reposo.

Determinar que para cada fuerza ejercida habrá un determinado Centro

de Presión.

Realizar las respectivas curvas que nos permitan hacer comparaciones y

semejanzas

III) MARCO TEORICO:

Empuje hidrostático:

Los cuerpos sólidos sumergidos en un líquido experimentan un empuje hacia

arriba. Arquímedes indicó cuál es la magnitud de dicho empuje. De acuerdo con

el principio, todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un líquido

experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso del volumen de

líquido desalojado.

Su principio puede ser obtenido como una consecuencia de la ecuación

fundamental de la hidrostática. Considerando un cuerpo en forma de

paralelepípedo, las longitudes de cuyas aristas valen a, b y c metros, siendo la

correspondiente a la arista vertical. Dado que las fuerzas laterales se

compensan mutuamente, sólo se considerarán las fuerzas sobre las caras

horizontales.

Por lo que se puede concluir que: el empuje es una fuerza aplicada de sentido

contrario al peso a la que están sometidos todos los cuerpos sumergidos en un

fluido o líquido y de acuerdo con el principio de Arquímedes su valor es igual al

peso del fluido desalojado.

http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/nuevmicro/nuevmicro.shtml

http://www.monografias.com/trabajos12/eleynewt/eleynewt.shtml

http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml





Fuerza sobre un área plana y centro de presiones

La pared lateral del equipo es una área plana de ancho constante que se

encuentra sumergida parcialmente en un liquido cuyo peso especifico es δ esta

pared se encuentra verticalmente.

Puesto que la presión varia linealmente con la profundidad mostraremos la

distribución de la superficie con la pared lateral, tal distribución tiene la forma

de un prisma triangular, según las ecuaciones dadas anteriormente

encontraremos la magnitud de la fuerza resultante Fr y la ubicación del centro

de presiones

Deducción de la formula:

En el prisma de presiones:

dF1 = pdA , donde p= .h

dF1 = .h.dA = .y.dA

F1 = ydA

Por definición de centro de gravedad:

F = Y G.A

Por el Teorema de Varignon:

MR = ΣMMR = dF1.y

F.Y P = .y.dA. y Y G. A.Y P = .y2.dA





Y G.A.Y P = y2.dA Y P = y2.dA

Y G.A

Y P = Ix Y G.A

Por el Teorema de Stiner: Y P = Ix + A.Y 2

Y G.A Y P = Ix + Y G

Y G.A

Donde: Ix > 0; es decir el centro de presiones está debajo del centro YG.Ade gravedad.

Ix = bd3 y Y G = ho = h – d12 2

Haciendo momentos respecto al punto M:

F.L = MR F.L = Y G. A.Y P F.L = ho.bd. Ix + Y G

Y G.AF.L = ho.bd bd3 + Y G

12bdho

Pero YG también se puede expresar en función de: a + d/2 ; entonces:

F.L = ho.bd d2 + a + d12ho 2

Donde: ho = h – d/2





IV) EQUIPOS Y MATERIALES:

1.- EQUIPO DE PRESIÓN SOBRE SUPERFICIES (FME08)

1.1. Descripción

El accesorio de Presión Sobre Superficies ha sido diseñado para determinar

el empuje estático ejercido por un fluido sobre un cuerpo sumergido y

contrastarlo con las predicciones de teóricas habituales.

Un cuadrante está montado sobre un brazo equilibrado que pivota sobrefilos. Los filos coinciden con el centro del arco del cuadrante. Por lo tanto,

de todas las fuerzas hidrostáticas que actúan sobre el cuadrante cuando

éste está sumergido, la única que da lugar a un momento alrededor de los

filos es la fuerza sobre la cara rectangular del extremo.

El brazo equilibrado incorpora un platillo para las pesas suministradas y un

contrapeso ajustable. Este conjunto va montado sobre un tanque acrílicoque puede ser nivelado mediante patas roscadas ajustables. El alineamiento

correcto está indicado por un nivel de burbuja circular montado sobre la

base del tanque. Un indicador fijado en un lateral del tanque indica cuándo

está el brazo equilibrado en posición horizontal.

El agua entra en la parte superior del tanque mediante un tubo flexible y

puede ser vaciada a través de una válvula fijada en un lado del tanque. Unaescala situada en el lateral del cuadrante indica el nivel de agua.

APLICACIÓN: En las paredes de las presas.

OBJETIVOS: Determinar el empuje estático ejercido por un fluido sobre un

cuerpo sumergido.





1.2. Presión sobre Superficies

Modelo FME08, este equipo determina el cálculo de la presión del

agua sobre una superficie plana.

La capacidad del tanque es de 5.5 litros.

La distancia entre las masas suspendidas y el punto de apoyo: 285

mm.

El área de la sección: 0.007 m².

La profundidad total del cuadrante sumergido: 1 0 mm.

La altura de punto de apoyo en el cuadrante: 100 mm. El sistema de acoplamiento es fácil y rápido para realizar el ensayo.

1.2.1. Dimensiones y Peso

Aprox. las dimensiones: 550x250x350 mm.

Aprox. el volumen: 0.04 m³. El peso aproximado: 5 kg.

Fig. 1. Presión sobre superficies





1.2.2. Partes

1. Depósito.

2. Nivel de burbuja.

3. Platillo.

4. Indicador.5. Cuadrante.

6. Tornillo de sujeción del cuadrante.

7. Brazo de la balanza.

8. Eje basculante.

9. Contrapeso ajustable.

10. Escala graduada.

11. Superficie frontal, plana y rectangular.

12. Espita.13. Pies de sustentación.





2.- BANCO HIDRÁULICO

Modelo FME00, este equipo tiene una bomba, un sumidero, en ella se

coloca el equipo de presión sobre superficies antes mencionado.

2.1 Características

La bomba centrífuga, 0.75 KW, 20 - 90 l/min. A las 21.5 - 16 m., la

sola fase 220V/50Hz ó 110V. /60Hz.

El impulsor de acero limpio.

La capacidad de tanque de sumidero: 165 litros.

El cauce pequeño: 8 litros.

La medida de flujo: el tanque volumétrico, calibrado de 0 a 7 litros

para los valores de flujo bajos y de 0 a 40 litros para los valores de

flujo altos.

2.2 Dimensiones y Peso

Las dimensiones aprox.: 1130x730x1000 mm.

El peso aprox.: 70 kg.

2.3 Los Servicios Requeridos

El suministro de Agua.

El desagüe.

El cronómetro.





3.- Juego De Pesas

Son pequeñas masas que se van colocando de manera continua a la

balanza, esto para determinar la presión ejercida sobre la superficie

que se encuentra sumergida. Las pesas usadas para el ensayo son de

diferente masa:

4.- Probeta

Usado para contener el fluido y para verter cuando se van agregando

las pesas.





V) PROCEDIMIENTO

Acoplar el cuadrante al brazo basculante enclavándole mediante los dos

pequeños letones y asegurándolo después mediante el tornillo de sujeción.

Medir y tomar nota de las cotas designadas por a, L, d y b; estas últimas

correspondientes a la superficie plana situada al extremo del cuadrante.

Con el depósito emplazado sobre el Banco Hidráulico, colocar el brazo

basculante sobre el apoyo (perfil afilado). Colgar el platillo al extremo delbrazo.

Conectar con la espita de desagüe del depósito un tramo de tubería flexible,

y llevar su otro extremo al sumidero. Extender, asimismo, la alimentación de

agua desde la boquilla impulsora del Banco Hidráulico hasta la escotadura

triangular existente en la parte superior del depósito.

Nivelar el depósito actuando convenientemente sobre los pies de

sustentación, que son regulables mientas se observa el nivel de burbuja.

Desplazar el contrapeso del brazo basculante hasta conseguir que éste se

encuentre horizontal.

Cerrar la espita del fondo del desagüe del fondo del depósito.

Introducir agua en el depósito hasta que la superficie libre de esta resulte

tangente al borde más inferior del cuadrante. El ajuste fino de dicho nivel se

puede lograr sobrepasando ligeramente el llenado establecido y,

posteriormente, desaguando lentamente a través de la espita.





Colocar un peso calibrado sobre el platillo de la balanza y añadir,

lentamente, hasta que el brazo basculante recupere la posición horizontal.

Anotar el nivel de agua, indicando el cuadrante, y el valor del peso situado

sobre el platillo





Repetir la operación anterior varias veces, aumentando en cada una deellas, progresivamente, el peso en el platillo hasta que, estando nivelado el

brazo basculante, el nivel de la superficie libre del agua enrase con la arista

superior de la superficie plana rectangular que presenta el extremo del

cuadrante.

A partir de ese punto, y en orden inverso a como se fueron colocando sobre

el platillo, se van retirando los incrementos de peso dados en cada

operación, se nivela el brazo (después de cada retirada) utilizando la espita

de desagüe y se van anotando los pesos en el platillo y los niveles de agua.





VI) DATOS OBTENIDOS(01/09/2011)

LLENADO DEPOSITO VACIADO DEPOSITO

PESOS ALTURA PESOS ALTURA

(gr) (mm) (gr) (mm)

240.00 108.00 240.00 107.50

250.00 110.50 250.00 110.50

260.00 113.00 260.00 113.00

270.00 116.00 270.00 116.00

290.00 121.00 290.00 121.00

310.00 126.50 310.00 126.00

330.00 131.00 330.00 131.50

350.00 136.50 350.00 137.00

370.00 141.50 370.00 142.00

400.00 150.00 400.00 150.00

430.00 155.00 430.00 155.00





VII) CALCULOS REALIZADOS

b = espesor de la cara inferior del cuadrante (c.i.).

d = altura de la c.i.

a = altura medida desde la parte superior de la c.i. hasta el brazo de la

balanza.

L = longitud medida desde el eje basculante hasta el extremo del brazo de

la balanza.

h = altura promedio medida con respecto al menisco de agua.

FH = fuerza hidrostática.

= peso específico del agua (1 Tn. / m3).

7.1 Formula Utilizada en los cálculos

oo

hd d ad bh LF 12 / 2 / .....2

Sabemos que:

a= 85mm b=72mm d=103mm L=285mm =1000kg/m3=10-3gr/mm

h0=h-d/2





TABLA DE MEDICIONES, CALCULOS Y EXPOSICION DE RESULTADOS

LLENADO DEPOSITO VACIADO DEPOSITO PROMEDIOS CALCULOS

PESOS ALTURA PESOS ALTURA PESOS ALTURA

h0(mm) F/h0(gr/mm) 1/ho(mm-1)(gr) (mm) (gr) (mm) (gr) (mm)

240.00 108.00 240.00 107.50 240.00 107.75 56.25 3.9608 0.0178

250.00 110.50 250.00 110.50 250.00 110.50 59.00 3.9418 0.0169

260.00 113.00 260.00 113.00 260.00 113.00 61.50 3.9259 0.0163

270.00 116.00 270.00 116.00 270.00 116.00 64.50 3.9085 0.0155

290.00 121.00 290.00 121.00 290.00 121.00 69.50 3.8829 0.0144

310.00 126.50 310.00 126.00 310.00 126.25 74.75 3.8596 0.0134

330.00 131.00 330.00 131.50 330.00 131.25 79.75 3.8403 0.0125

350.00 136.50 350.00 137.00 350.00 136.75 85.25 3.8217 0.0117

370.00 141.50 370.00 142.00 370.00 141.75 90.25 3.8068 0.0111

400.00 150.00 400.00 150.00 400.00 150.00 98.50 3.7854 0.0102

430.00 155.00 430.00 155.00 430.00 155.00 103.50 3.7741 0.0097





Para hacer la grafica allamos la coordenada de cada punto y la pendiente en la grafica:

F/h0(gr/mm) 1/ho(mm-1)

X Y X2

Y2

X*Y

3.96080.0178

15.6883 0.0003 0.0704

3.9418 0.0169 15.5377 0.0003 0.0668

3.9259 0.0163 15.4130 0.0003 0.0638

3.9085 0.0155 15.2767 0.0002 0.0606

3.8829 0.0144 15.0767 0.0002 0.0559

3.8596 0.0134 14.8967 0.0002 0.0516

3.8403 0.0125 14.7482 0.0002 0.0482

3.8217 0.0117 14.6056 0.0001 0.0448

3.8068 0.0111 14.4915 0.0001 0.0422

3.7854 0.0102 14.3294 0.0001 0.0384

3.7741 0.0097 14.2441 0.0001 0.0365

Sumatoria 42.5080 0.1494 164.3080 0.0021 0.5792





Variacion de la fuerza con respecto al peso:

PROMEDIOSFUERZA CALCULADA VARIACION

PESOS ALTURA

(gr) (mm) (gr) (gr)

240.00 107.75222.798 17.2023

250.00 110.50232.565 17.4347

260.00 113.00241.445 18.5550

270.00 116.00252.101 17.8994

290.00 121.00269.860 20.1400

310.00 126.25288.507 21.4927

330.00 131.25306.267 23.7333

350.00 136.75325.802

24.1980

370.00 141.75

343.561

26.4386

400.00 150.00372.864 27.1357

430.00 155.00390.624

39.3763





Variacion de la fuerza con respecto al peso y al centro de presiones:

PROMEDIOSYCP FUERZA HIDROSTATICA

PESOS ALTURA

(kg) (m) (m) (kgf)

0.24 0.1078 0.1160 0.3486

0.25 0.1105 0.1185 0.36350.26 0.1130 0.1208 0.3784

0.27 0.1160 0.1236 0.3934

0.29 0.1210 0.1283 0.4232

0.31 0.1263 0.1333 0.4531

0.33 0.1313 0.1380 0.4830

0.35 0.1368 0.1432 0.5129

0.37 0.1418 0.1480 0.5429

0.4 0.1500 0.1559 0.5880

0.43 0.1550 0.1607 0.6327





Grafico correspondiente a F/h0=V(1/h0)

y = 0.0435x - 0.1544

0.0000

0.0020

0.0040

0.0060

0.0080

0.0100

0.0120

0.0140

0.0160

0.0180

0.0200

3.7500 3.8000 3.8500 3.9000 3.9500 4.0000

F / h 2

h/3

Y Linear (Y)





VIII) CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Las variables obtenidas en la teoría mediante formulas, difieren con

los valores obtenidos experimentalmente durante la practica de

presión sobre superficies parcialmente sumergidas.

El ensayo es muy práctico y entendible, porque es fácil y rápido de

realizar.

En el ensayo se observo que ha medida que se incrementa la fuerza,

la altura aumenta de forma proporcional

Con la práctica realizada se pudo desechar algunas dudas que se

tenía teóricamente

PROMEDIOSYCP

FUERZA

HIDROSTATICAPESOS ALTURA

(kg) (m) (m) (kgf)

0.24 0.1078 0.1160 0.3486

0.25 0.1105 0.1185 0.3635

0.26 0.1130 0.1208 0.3784

0.27 0.1160 0.1236 0.3934

0.29 0.1210 0.1283 0.4232

0.31 0.1263 0.1333 0.45310.33 0.1313 0.1380 0.4830

0.35 0.1368 0.1432 0.5129

0.37 0.1418 0.1480 0.5429

0.4 0.1500 0.1559 0.5880

0.43 0.1550 0.1607 0.6327





Las fuerzas calculadas analíticamente varía en cantidades mínimas

con respecto a los pesos (fuerzas) puestas (agregados)

experimentalmente en el ensayo, según el cuadro:

Cuando se tienen fluidos en reposo, el único esfuerzo que aparece es

la presión.

La diferencia de estos datos teóricos y prácticos pueden haber sidoproducto de una mala calibración y nivelación del equipo o quizás

por un error de visión puede ser que se halla equivocado en

visualizar.

Se recomienda tener mucho cuidado en ver bien lo que marca para

evitar el error que se pueda cometer

También se recomienda comparar los datos obtenidos al menos con

dos muestras obtenidas por los demás grupos para poder asimilar

mejor los datos y obtener una mayor precisión.





IX) BIBLIOGRAFIA

WWW.WILKIPEDIA.COM

MANUAL DE PRACTICA EDIBOM

WWW.MONOGRAFIAS .COM

Página Web: www.edibon.com

Datos proporcionados por el técnico de mecánica de fluidos.

CLAUDIO MATAIX. "MECÁNICA DE FLUIDOS Y MÁQUINAS

HIDRÁULICAS". ED. HARLA MEXICO 1995.

RONALD V. GILES. "MECÁNICA DE LOS FLUIDOS E HIDRÁULICA"

ED. MC GRAW HILL MEXICO 1990. SERIE SCHAUM

http://www.wilkipedia.com/


http://www.monografias/


http://www.monografias.com/trabajos12/moviunid/moviunid.shtml






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