137700109 Informe n 1 Mecanica de Fluidos i

8/16/2019 137700109 Informe n 1 Mecanica de Fluidos i

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Presión Sobre Superfcies Parcialmente SumergidasMecánica de

Fluidos

PRACTICA N° 1:

PRESION SOBRE SUPERFICIESPLANAS PARCIALMENTE

SUMERGIDAS

Práctica 01 1


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Fluidos

1. INTRODUCCION

El presente trabajo expone la primera práctica de laboratorio, realizada con el fin

de poder comparar datos teóricos con datos experimentales; definiendo la

PRESIÓN HIDROSTÁTICA en unas SUPERFICIES PLANAS PARCIALMENTESUMERGIDAS a partir de la medición de alturas, pesos y considerando el pesoespecífico del fluido en el que se realizará el ensayo: AGA!

Este m"todo experimental, nos permite afianzar conocimientos teóricos; ademásel equipo utilizado puede ser empleado para calcular las fuerzas ejercidas por los

fluidos; esto facilitaría más adelante en el dise#o de estructuras mayores queforman parte de proyectos $idráulicos de %ran en&er%adura: presas, canales,compuertas, entre otros !

Asimismo en este informe se $ace explicita la idea que la acción de una fuerza

ejercida sobre una superficie plana, da como resultado de una presión, que en el

caso de un líquido, determina la existencia de numerosas fuerzas de presión, que

en los líquidos, determina la existencia de numerosas fuerzas distribuidas que

están en contacto con el fluido!

Empleando los datos extraídos en el ensayo, se sustentan los cálculos y

presentamos un %ráfico que resume y justifica nuestros procedimientos!

Práctica 01 2


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Fluidos

2. OBJETIVOS

• 'econocimiento y manejo del equipo de ()resión sobre superficies*!

• +alculo de presión sobre superficies planas parcialmente sumer%idas!

• 'ealizar el procedimiento adecuado para los m"todos de llenado y &aciado en

el cálculo de presiones de superficies planas!

3. FUNDAMENTO TEÓRICO

Práctica 01 3


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Fluidos

PREI!N." #a $resi%n es una &a'nitud ()sica *ue &ide la (uer+a $or

unidad de su$er,cie- sir/e $ara caracteri+ar co&o se a$lica una

deter&inada (uer+a resultante sore una su$er,cie.

DEFINICI!N." Cuando sore una su$er,cie $lana de área A se a$lica

una (uer+a nor&al F de &anera uni(or&e $er$endicular&ente a la

su$er,cie- la $resi%n P /iene dada $or

FUER O4RE UPERFICIE UMER5ID

Para 6uidos en re$oso se $ueden anali+ar las (uer+as *ue se ori'inan al

&o/erse a $artir de la su$er,cie lire 7acia el (ondo. To&are&os co&o

su$er,cie lire a*uella *ue se encuentra entre el 6uido otro &edio

'aseoso. Para el trata&iento *ue se da en la teor)a- cae recordar *ue

esta su$er,cie lire es un $lano 7ori+ontal- aun cuando en el &undo real

no sea cierto.

# PREI!N UN TENOR

&edida *ue la $ro(undidad en un 6uido au&enta ta&i8n au&enta su

$resi%n. un*ue la $resi%n $osee unidades de (uer+a sore área F / A

no la considera&os co&o un es(uer+o- *ue ta&i8n $osee unidades de

(uer+a sore área. Esta $resi%n no es considerada co&o un /ector

deido a *ue un /ector tiene &a'nitud sentido de,nidos &ientras *ue

la $resi%n tiene &a'nitud $ero no tiene un sentido de,nido a *ue si

Práctica 01 9

P= F

A

http://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81rea_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica


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Fluidos

*uisi8ra&os darle sentido a la $resi%n tendr)a&os *ue diu:ar in,nitos

/ectores saliendo del $unto en donde to&a&os la $resi%n 7acia todas

las direcciones $osiles. En conclusi%n- la $resi%n no es un /ector sino

un tensor.

Es si&$le encontrar la de&ostraci%n &ate&ática en (or&a di(erencial de

*ue la $resi%n en cual*uier $unto de un 6uido en re$oso tiene el &is&o

/alor en todas direcciones. #o &ás co&;n es 7allarla en teNDR

Para resol/er $role&as de 6uidos &uc7as /eces es necesario tener en

cuenta la $resi%n at&os(8rica- $ero *u8 $resi%n to&ar si $ara cada

altura a $artir del ni/el del &ar 7a una $resi%n at&os(8rica distinta.

nterior&ente la &edida de $resi%n at&os(8rica estándar (ue la to&ada

a una latitud de 45 ° , al ni/el del &ar a 0℃ . esta &edida se le

to&% co&o una at&%s(era o 1 at&- *ue e*ui/ale a 1 at& ? 101.32@ APa

BAilo$ascales

7ora 7a una nue/a &edida $ara la $resi%n at&os(8rica estándar-

aun*ue a;n se si'ue utili+ando &aor&ente la /ie:a. Esta nue/a &edida

(ue to&ada a 9@ de latitud al ni/el del &ar- $ero no a 0℃ sino a

15℃ - a esta &edida se le lla&% 1 ar- *ue e*ui/ale a

1 ¿̄100kPa.

FUER O4RE UPERFICIE." E


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Fluidos

1. Fuer+as sore su$er,cies $lanas.

• ori+ontales.

• Inclinadas.

2. Fuer+as sore su$er,cies cur/as.

DI5RM DE PREI!N." Otra (or&a de deter&inar ele&$u:e 7idrostático su locali+aci%n es &ediante el conce$to de la

distriuci%n de la $resi%n sore la su$er,cie-

i considera&os una su$er,cie rectan'ular /ertical su:eta a la $resi%n

del a'ua $or un lado- el e&$u:e total BIntensidad sore dic7a su$er,cie

ser)a

Práctica 01


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B H

F ×=

2

2

γ

B H H

Ah F cg ××=×=2

γ γ


Fluidos

Gue corres$onde al /olu&en del $ris&a de $resi%n e:ercido sore el área

FUER H PREIONE." Deido a su estructura de sus$art)culas B(uerte&ente unidas con una distriuci%n re'ular- los

s%lidos $oseen una (or&a /olu&en ,:os. Esto 7ace *ue en su interior

s%lo sea a$reciale la atracci%n *ue la Tierra e:erce sore 8l es decir- su$ro$io $eso. Deido a su ri'ide+ estructural- las (uer+as a$licadas a un

s%lido se tras&iten $or 8l en su totalidad.

#os l)*uidos $oseen un /olu&en ,:o- aun*ue su (or&a se ada$ta a la del

reci$iente *ue los conten'a. El interior de un l)*uido e:erce (uer+as *ue

act;an en todas direcciones *ue son $er$endiculares a la su$er,cie

interior del reci$iente *ue lo contiene. Cuanto &aor sea la $ro(undidad

de un $unto en un l)*uido- &aor será la (uer+a *ue e:ercerá- deido a*ue tendrá un &aor $eso sore 8l. Estas (uer+as sie&$re se e:ercen

desde el interior del l)*uido 7acia las $aredes del reci$iente- $or lo *ue a

la &is&a $ro(undidad- las (uer+as *ue e:erce el l)*uido son de i'ual

intensidad- $ero de sentido o$uesto. Estas (uer+as de$enden de la

$ro(undidad del $unto- $ero son inde$endientes de la (or&a del

reci$iente.

Un cuer$o su&er'ido en un 6uido se /e so&etido a (uer+as o$uestas

de i'ual intensidad *ue se contrarrestan son $er$endiculares a su

su$er,cie. #a intensidad de estas (uer+as au&enta con la $ro(undidad.

Por los tanto- sore un cuer$o su&er'ido en un 6uido act;an dos

(uer+as el $eso- *ue e:erce la Tierra- el e&$u:e- *ue e:erce el $ro$io

Práctica 01 J


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Fluidos

6uido. &as (uer+as act;an en direcci%n /ertical $ero en sentidos

contrarios.

Unidades

Sistema Densidad Peso espe!"o P#esi$n

Ce%esima& 'Kc& Dinas B' L- &Ks 4aria

BDinasKc& Inte#naion

a&'K& Neton B' L- &Ks Pascal BNK&

T'nio UTMK&ilo$ondios BUTM L- &Ks

ilo$ondioK&

PRINCIPIO DE RGUIMIDE

El $rinci$io de r*u)&edes a,r&a *ue todo cuer$o su&er'ido en un

6uido e


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Fluidos

Inme#si$n pa#ia&: To&ando &o&entos res$ecto del e:e en *ue sea$oa el ra+o asculante- otene&os la si'uiente relaci%n

#

10

7

d

a

203090@00J00L0

1001101201301901@010

.#.

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

d=alturadelac .i .

a=alturamedida desdela parte superior dela c .i . hastael brazo dela balanza .

L=longitud medida desde el ejebasculante hastael ex tremo del brazo dela balanza.h=altura promedio medida conrespecto almenisco de agua .

F H =fuerzahidrostática.

1n. /m3

g= peso espec!fico del agua ¿

() E*UIPOS + MATERIALES

EGUIPO

. EGUIPO DE PREION O4RE UPERFICIE BFME0

PRINCIPALES CARACTERISTICAS Consiste en un cuadrante &ontado sore el ra+o de una alan+a

*ue ascula alrededor de un e:e.

Práctica 01 L

F . L=1/2 "b h2(a+d−h/3)


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Fluidos

Cuando el cuadrante está in&erso en el de$%sito de a'ua- la

(uer+a *ue act;a sore la su$er,cie (rontal- $lana rectan'ular-

e:ercerá un &o&ento con res$ecto al e:e de a$oo. El ra+o asculante incor$ora un $latillo un contra$eso

a:ustale. De$osito con $atas re'ulales *ue deter&ina su correcta

ni/elaci%n. Dis$one una /ál/ula de desa'Qe BEPIT. El ni/el alcan+ado $or el a'ua en el de$%sito se indica en una

escala 'raduada.

ESPECIFICACIONES BASICASESPECIFICACIONES ESTRUCTURALES:

Estructura ino


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Fluidos

e su&inistra un :ue'o de &asas de distintos $esos B9 de100 'r.-

1 de @0 'r.- @ de 10 'r. 1 de @ 'r.. #as $esas son $e*ueas

&asas *ue se /an colocando de &anera continua a la alan+a-

esto $ara deter&inar la $resi%n e:ercida sore la su$er,cie *ue se

encuentra su&er'ida

Di&ensiones @@0 < 2@0 < 3@0 &&. a$ro


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Fluidos

1." De$%sito.

2." Ni/el de uru:a.

3." Platillo.

9." Indicador.

@." Cuadrante.

." Tornillo de su:eci%n del cuadrante.

J." 4ra+o de la alan+a.

." E:e asculante.

L." Contra$eso a:ustale.

10." Escala 'raduada.

11." u$er,cie (rontal- $lana rectan'ular.

12." Es$ita.

13." Pies de sustentaci%n.

4. 4NCO IDRU#ICO BFME00

Práctica 01 12


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Fluidos

Este e*ui$o tiene una o&a- un su&idero- en ella se coloca el e*ui$ode $resi%n sore su$er,cies antes &encionado. Ta&i8n se $uedencalcular caudales $rácticos. Construido en ,ra de /idrio re(or+ada-$oli8ster está &ontado en las ruedas $ara la &o/ilidad. e usa para elestudio del comportamiento de los fluidos, la teoría $idráulica y las propiedades dela mecánica de fluidos!

Práctica 01 13


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Fluidos

PRINCIPALES CARACTERISTICAS

+ompuesto por un banco $idráulico mó&il que se utiliza paraacomodar una amplia &ariedad de módulos, que permiten al

estudiante experimentar los problemas que plantea la mecánica defluidos, en este caso el modulo medidor de presiones!

Equipo autónomo depósito y bomba incluidos-! +onsta de un depósito sumidero de alta capacidad y un rebosadero

que de&uel&e el excedente de a%ua a dic$o depósito, además de una.omba centrifu%a, un interruptor de puesta en marc$a de la bomba,se%uridad y piloto de encendido!

/ál&ula de desa%0e espita- fácilmente accesible! 1ispone de un depósito escalonado &olum"trico- para medir

caudales altos y bajos, además de una probeta de un litro decapacidad para caudales a2n más bajos!

3ubo de ni&el pro&isto de escala que indica el ni&el de a%ua deldepósito superior!

+audal re%ulado mediante una &ál&ula de membrana! )antalla amorti%uadora de flujo para reducir el %rado de turbulencia! +anal en la parte superior especialmente dise#ado para el

acoplamiento de los módulos, sin necesidad de usar $erramientas,ase%urando su simplicidad!

SPECIFICACIONES BASICASESPECIFICACIONES ESTRUCTURALES:

Estructura ino


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Fluidos

Ca$acidad del de$%sito su&idero 1@ litros. Canal $e*ueo litros. Medida de 6u:o de$%sito /olu&8trico calirado de 0"J litros $ara

caudales a:os de 0"90 litros $ara caudales altos. ál/ula de control $ara re'ular el caudal. Proeta cil)ndrica 'raduada $ara las &ediciones de caudales

&u a:os. Canal aierto- cua $arte su$erior tiene un $e*ueo escal%n

cua ,nalidad es la de so$ortar- durante los ensaos- losdi(erentes &%dulos.

ál/ula de cierre- en la ase de tan*ue /olu&8trico- $ara el/aciado de 8ste.

Ra$ide+ (acilidad $ara interca&iar los distintos &%dulos. Di&ensiones 1130 < J30 < 1000 &&. a$ro


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Fluidos

LLENADO

5! +olocamos el equipo de ()resión sobre superficies* 46E78 encima del (.anco

9idráulico* 46E77!

! i&elamos el equipo de ()resión sobre superficies*, existe un ni&el de burbuja

el cual calibramos:!

Práctica 01 1


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Fluidos

=! +on el contrapeso ajustable, equilibramos el platillo $asta q coincida con una

línea %uía que se encuentra a su costado!

Práctica 01 1J

PT

NIE# DE

P#TI##O


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Fluidos

>! +olocamos la pesa de 7 %r!

Práctica 01 1

CONTRPE

O

#INE

PEPEGUEV


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Fluidos

?! /ertimos a%ua, utilizando una probeta, $asta ni&elarlo otra &ez!

@! na &ez que $a sido ni&elado nue&amente, se procede a la lectura de la altura

que esta expresada con una re%la %raduada!

Práctica 01 1L


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Fluidos

8! ue%o colocamos más pesas, ya que a medida que aumentemos el peso,

&amos a ir obteniendo más &alores para calcular; y despu"s se &ierte a%ua

$asta ni&elarlo!

VACIADO5! na &ez realizado el llenado, procedemos a abrir la &ál&ula de desa%0e

$aciendo que drene el a%ua que se encuentra en el depósito, con la finalidad

que se equilibre el platillo para un peso determinado y así poder $acer la

lectura de la altura!

Práctica 01 20


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Fluidos

! Be procederá a $acer lo mismo para cada peso, ya que nos brindara un dato

respecti&o!

.) DATOS

Se t#a/a0a#on on &ossi%ientes datos:

a=85mm b=72mmd=103mm

L=285mm

" =1000 kg

cm3 ( Peso #spec!fico del Agua)

+ se e2t#a0e#on &as si%ientes medidas onside#ando e&&&enado 3 e& 4aiado de& dep$sito

LLENADO DEP-SITO 5ACIADO DEP-SITO

PESOS F6%#7 ALTURA 86mm7 PESOS F6%#7 ALTURA 86mm720 2 20 3030 3 30 3J3@ 3 3@ 3L90 90 90 929@ 93 9@ 99@0 9 @0 9

Práctica 01 21

a 0.0@ &/ 0.0J2 &d 0.103 &L 0.2@ &

C 1000 A'K&3


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Fluidos

0 @0 0 @2J0 @9 J0 @0 @ 0 0L0 2 L0 9

100 100 110 J0 110 J1120 J3 120 J@130 J 130 J190 JL 190 01@0 2 1@0 3

9) CLCULOS

Be presenta el si%uiente esquema:

1onde las dimensiones dadas en clase fueron:

aD 8>mm D 7!78>m

Práctica 01 22


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Fluidos

dD 57


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Fluidos

A=bH

2

4inalmente:

F h="b H

2

2

C-#)"#+% %'/0, ',%$+: '!#'$,+ !&++% '%&-&()+%

1el %rafico anterior se toma momentos respecto al extremo derec$o de la &arilla,

considerando:

∑ 'o=0

(L− F h(a+d ) h/3)=0

(L= F h(a+d ) h/3)

F h= (L

(a+d−h

3)

1onde $ es la altura promedio!

CALCULOS TABULADOS

a- C$#)"#$ #+% 4$#+'% ' 63 F62

Práctica 01 29


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Fluidos

LLENADODEP-SITO

5ACIADODEP-SITO

PROMEDIOS CCULOS

PESOS

F6%#7

ALTURA

86mm7

PESOS

F6%#7

ALTURA

86mm7 F6;%7 86m7 8


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Fluidos

7. RESULTADOS

C$8+ '%&$ '% &" $&' 9999

D$&% ' ()$

A($ $ *+!"#$% ' $$ $##$ * ; $ ",$ &'+(8$

Y +&$ '


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Fluidos

R'%"#&$+% T'ó()+%.9 '%&+% '%"#&$+% #+ '#$)(+,$!+% )+, #$

%(/"(',&' '


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Fluidos

@)9 0.2

@0.0@ 0.103 0.0@9 0.0@9 0.0@9 0.11J

) 0.2@

0.0@ 0.103 0.01 0.0 0.00@ 0.1@3

)11 0.2@

0.0@ 0.103 0.0L 0.0J 0.0L@ 0.1L0

)1 0.2@

0.0@ 0.103 0.01 0.02 0.01@ 0.2

)19 0.2@

0.0@ 0.103 0.0 0.0L 0.0@ 0.30

)1 0.2@

0.0@ 0.103 0.0L1 0.0L1 0.0L1 0.32@

. CONCLUSION

h

3( eje * ) % s . F /h2(eje+ )

Práctica 01 2


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Fluidos

0.00@ 0.010 0.01@ 0.020 0.02@ 0.03020.@00

21.000

21.@00

22.000

22.@00

23.000

23.@00

29.000

#inear B #)nea de Tendencia #inear B

. CONCLUSIONES Y GRAFICOS

l de&ostrar la (%r&ula dada en la 'u)a de laoratorio se dee tener en

cuenta las condiciones de e*uilirio estático en los 6uidos- la *ue 7e&os

utili+ado es su&atoria de &o&entos i'ual a cero. #a (uer+a *ue e:erce un

6uido sore las su$er,cies $arcial&ente su&er'idas es el $roducto de la

$resi%n e:ercida sore ella $or su área.

#a (uer+a- *ue act;a en cada área ele&ental $uede re$resentarse $or

una ;nica (uer+a resultante *ue act;a en un $unto de la su$er,cie

lla&ado centro de $resiones.

#as discre$ancias *ue se dan tanto en el 'rá,co- co&o en la tala de

co&$roaci%n de &o&entos- se dee al error 7u&ano $recisi%n a *ue el

ra+o asculante no est8 ien ni/elado la lectura en el cuadrante- a*u)

dee de 7aer una correcci%n $or &enisco.

Práctica 01 2L


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Fluidos

SUGERENCIAS + RECOMENDACIONES

e reco&ienda *ue al &o&ento de colocar el a'ua dentro de la

su$er,cie su&er'ida se realice con su&o cuidado $or*ue de lo contrario

se *uedan 'otas de a'ua en la su$er,cie cur/a de la su$er,cie en

estudio distorsiona los resultados $or*ue /ar)a los $esos a $uestos

$ara el e*uilirio. l &o&ento de &irar en la l)nea de e*uilirio entre el $eso la (uer+a

tener &uc7a $recauci%n $ara /er *ue este :usto en la l)nea lanca $ara

to&ar la lectura corres$ondiente. e su'iere *ue al &o&ento de to&ar las lecturas oser/ar en (or&a

$er$endicular.

10.4I4#IO5RF

• EDIBON: Equipamiento Didáctico Técnico.

• Manual de Prácticas EDI4ON• Diseo &onta:e de laoratorio de $resi%n 7idrostática sore su$er,cies

$lanas cur/as su&er'idas " DRI>N MONCD 4##ETERO H RO5ER

MOR RINC!N.• http://www.edibon.com/products/catalogues/es/units/fluidmechanicsaerodynamics/

fluidmechanicsbasic/LIFLUBA.pdf

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