146312139 lab nº 01 presion sobre superficies planas

8/18/2019 146312139 Lab Nº 01 Presion Sobre Superficies Planas

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Escuela Profesional de Ingeniería Civil

1er Informe de Laboratorio: “Presión sobre Supercies Planas otalmente Sumergidas! "#EC$%IC& 'E (L)I'*S I

INTRODUCCIÓN

En el campo de la ingeniería civil se requiere conocer las diferentes fuerzas que interactúan El presente informe trata sobre el ensayo de laboratorio de presión sobre Superficies Planas Parcialmente Sumergidas. Tema de leal importancia en la Hidrulica porque nos permite saber cules son las !uerzas que van a actuar en las paredes que rodean a liquido" como una presa" y

su distribución en todo estas paredes.

#on ayuda de equipos de laboratorio" en este caso utilizaremos el !$E%& con la ayuda de probetas y pesos" para determinar el centro de presiones donde actúa el agua en la cara del

bloque que est en contacto con el agua. En el presente informe detallaremos el procedimiento a seguir y los clculos necesarios que se utilizan.

Objetivos

'prender a mane(ar el equipo !$E%&.

)ealizar con precisión el vaciado y el llenado del agua.

'prender a calcular las fuerzas de las superficies parcialmente sumergidas.

*eterminar la fuerza que se e(erce sobre las superficies que estn en contacto con un fluido.

*eterminar la posición del #entro de Presiones sobre una superficie plana parcialmente

sumergida en un líquido en reposo.

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Marco teórico

1. GENERALIDADES

+,u- es un fluido

/os fluidos son sustancias que se deforman indefinidamente ante acciones e0ternas.

/os fluidos se encuentran en la naturaleza en dos estados1

Estado liquido1

Es un fluido cuyas mol-culas pueden cambiar de posición una respecto a las otras" pero restringidas por fuerzas de co2esión" a fin de mantener un volumenrelativamente fi(o.

/a característica de los líquidos es que adoptan la forma del recipiente que estncontenidos.

Estado gaseoso1

Es un fluido cuyas mol-culas no estn restringidas por fuerzas de co2esión. El gas notiene forma ni volumen definido.

/a presión.

/a presión es la fuerza normal e(ercida por un fluido por unidad de rea. El t-rmino presión solo se aplica en los gases o líquidos" para los sólidos esta fuerza se denominaesfuerzo normal. /a presión tiene como unidad el 3e4ton por metro cuadrado 536m789"

siendo estas la unidades del pascal.

Tipos de presiones

Presión absoluta y relativa

En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sinocomo la presión por encima de la presión atmosf-rica " denominndose presiónrelativa" presión normal" presión de gauge o presión manom-trica.#onsecuentemente" la presión absoluta es la presión atmosf-rica ms la presiónmanom-trica 5presión que se mide con el manómetro 9.

/a presión absoluta se denomina a la presión real que se encuentra en una posicióndada. /os instrumentos que se usan para medir la presión estn calibrados para queden una lectura de cero en la atmosfera. /a presión manom-trica es la diferenciaentre la presión absoluta y la presión atmosf-rica. Tambi-n est la presión de vacíoque es la presión que se encuentra por deba(o de la presión atmosf-rica. /a presiónmanom-trica y la presión de vacío se indican así1

P man : P abs ; P atm

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http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9ricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_manom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_manom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_manom%C3%A9tricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Man%C3%B3metrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_atmosf%C3%A9rica


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P vac : P atm ; P abs

Presión 2idrosttica1


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$ilímetros de mercurio A mmHg : A??"?88 Pa

Torr1 A torr : A??" ?88 Pa

o A torr : A mmHg

OBTENCION DE LA ECUACION DE LA PRESION

Tomando momentos respecto del e(e en que se apoya el brazo basculante" obtenemos la siguienterelación1

*onde es el peso específico del agua e igual a A%%%Ig6cm7?

b : espesor de la cara inferior del cuadrante 5c.i.9d : altura de la c.i.a : altura medida desde la parte superior de la c.i. 2asta el brazo de la balanza.

/ : longitud medida desde el e(e basculante 2asta el e0tremo del brazo de la balanza. H : altura promedio medida con respecto al menisco de agua. !H : fuerza 2idrosttica.

I : peso específico del agua 5A Ig.6m7?9.

Centro de presiones:

El centro de presiones es el punto por el cual se e(ercen las líneas de acción de las fuerzas que e(ercen presión sobre un cuerpo sumergido en un líquido .El centro de presiones y el centro de gravedad nocoinciden en ningún punto. Ja que el centro de presiones siempre est por deba(o del centro de gravedad"esto es porque la fuerza resultante aplicada est por deba(o del centro de gravedad y el centro de

presiones corresponde a la misma distancia de ubicación de la fuerza resultante.

DETE RMINACION DEL CENT RO DE PRESIONES

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/a línea de acción de la fuerza resultante ! corta a la superficie en un punto que se llama centro de presiones" que no coincide en general con el centro de gravedad 5sólo en las superficies 2orizontalescoinciden" porque9.

Para determinar las coordenadas del centro de presiones 5 9" se utiliza el teorema de los momentos5Teorema de Karignon91L

El momento de la resultante es igual a la suma de los momentos de las componentesL

/as coordenadas estn dadas por las fórmulas1

FORMULA UTILIZADA EN LOS CALCULOS

*onde1

!0/: !uerza Hidrosttica I : A ton6m7?a : &F mmb : D8mmd : A%?mm

/ : 8&Fmm2 : Esta altura es el promedio entre las lecturas de 2M 5conforme se agregan los pesos9 y 2MM 5#onforme

se quitan los pesos9

*E$BST) '#=B3

'nlisis

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/a presión e(ercida sobre la placa es1

'plicando la segunda ecuación de equilibrio en B1

MATERIALES Y EUI!OS

EUI!OS

"ME##. $a%co &i'r()*ico

• DESCRIPCION:

Equipo para el estudio del comportamiento de los fluidos" la teoría 2idrulica y las

propiedades de la mecnica de fluidos.

#ompuesto por un banco 2idrulico móvil que se utiliza para acomodar unaamplia variedad de módulos" que permiten al estudiante e0perimentar los

problemas que plantea la mecnica de fluidos.

Equipo autónomo 5depósito y bomba incluidos9.

=nnovador sistema de a2orro de agua consistente en un depósito sumidero de altacapacidad y un rebosadero que devuelve el e0cedente de agua a dic2o depósito.

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Klvula de desagNe fcilmente accesible.

*ispone de un depósito escalonado 5volum-trico9 para medir caudales altos y ba(os"adems de una probeta de un litro de capacidad para caudales aún ms ba(os.

Tubo de nivel provisto de escala que indica el nivel de agua del depósito superior.

#audal regulado mediante un vlvula de membrana.

Pantalla amortiguadora de flu(o para reducir el grado de turbulencia. #anal en la parte superior especialmente diseOado para el acoplamiento de los módulos" sinnecesidad de usar 2erramientas.

El monta(e de los distintos módulos" sin necesidad de utilizar 2erramientas"asegura su simplicidad.

!abricado con materiales resistentes a la corrosión lo que garantiza una larga vida útil del equipo.

Gomba centrifuga.

=nterruptor de puesta en marc2a de la bomba" seguridad y piloto de encendido.

#ada módulo se suministra completo y de fcil y rpida cone0ión al banco" ma0imizadoasí el tiempo disponible para que el estudiante realice su e0perimento de demostración o

medida.


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•

ESPE#=!=#'#=B3ES1

Ganco 2idrulico móvil" construido en poli-ster reforzado con fibra de vidrio ymontado sobre ruedas para moverlo con facilidad.

Gomba centrífuga %"?D IR" ?% &% litros6min" a 8%"AA8"&m" monofsica 88%K.6F%Hz ó AA%K.6%Hz. )odete de acero ino0idable.#apacidad del depósito sumidero1 AF litros. #anal pequeOo1 & litros

$edida de flu(o1 depósito volum-trico calibrado de %D litros para caudales ba(os y de %% litros para caudales altos.Klvula de control para regular el caudal.

Probeta cilíndrica y graduada para las mediciones de caudales muy ba(os.#anal abierto" cuya parte superior tiene un pequeOo escalón y cuya finalidad es la de

soportar" durante los ensayos" los diferentes módulos.Klvula de cierre" en la base de tanque volum-trico" para el vaciado de -ste.

)apidez y facilidad para intercambiar los distintos módulos. *=$E3S=B3ES J PESBS1 *imensiones1 AA?%0D?%0A%%% mm. apro0. Peso1 D% Ig. apro0.SE)K=#=BS )E,


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• PBS=G=/=*'*ES P)V#T=#'S

1.- *eterminar el centro de presiones con un ngulo de

W%X" parcialmente sumergido.

8. *eterminar la fuerza resultante con un ngulo de

W%X"parcilamente sumergido.

?. *eterminar el centro de presiones" con un ngulo

YZ W%X parcialmente sumergido.

. *eterminar la fuerza resultante con un ngulo

YZW%X parcialmente sumergido.

F. *eterminar el centro de presiones con un ngulo de

W%X totalmente sumergido.

. *eterminar la fuerza resultante con un ngulo de

W%X totalmente sumergido.

D. *eterminar el centro de presiones" con un ngulo

YZ W%X totalmente sumergido.

&. *eterminar la fuerza resultante con un ngulo

YZW%X totalmente sumergido.

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W. Equilibrio de momentos.

• ESPE#=!=#'#=B3ES

#apacidad del depósito1 F"F l.

*istancia entre las masas suspendidas y el punto de apoyo1 8&F mm.

Vrea de la sección1 %"%%D m[.

Profundidad total del cuadrante sumergido1

A%mm.

'ltura del punto de apoyo sobre el cuadrante1

A%%mm.

Se suministra un (uego de masas de distintos pesos

5 de A%% gr." A de F% gr." F de A% gr." y A de F gr.9.

• *=$E3S=B3ES J PESB

*imensiones1 FF%08F%0?F% mm. apro0. peso1 F Ig. apro0.

SE)K=#=BS )E,


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Pesos graduados:

Tenemos desde F gr. Hasta A%% gr.

PROCEDIMIE!O

'coplar el cuadrante al brazo basculante enclavndole mediante los dos pequeOos letones y

asegurndolo despu-s mediante el tornillo de su(eción.

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$edir y tomar nota de las cotas designadas por a" /" d y b@ estas últimas correspondientes a la

superficie plana situada al e0tremo del cuadrante.

#on el depósito emplazado sobre el Ganco Hidrulico" colocar el brazo basculante sobre el apoyo

5perfil afilado9. #olgar el platillo al e0tremo del brazo. #onectar con la espita de desagNe del depósito un tramo de tubería fle0ible" y llevar su otro

e0tremo al sumidero. E0tender" asimismo" la alimentación de agua desde la boquilla impulsora del

Ganco Hidrulico 2asta la escotadura triangular e0istente en la parte superior del depósito.

3ivelar el depósito actuando convenientemente sobre los pies de sustentación" que son regulables

mientas se observa el nivel de burbu(aQ.

*esplazar el contrapeso del brazo basculante 2asta conseguir que -ste se encuentre 2orizontal.

#errar la espita del fondo del desagNe del fondo del depósito.

=ntroducir agua en el depósito 2asta que la superficie libre de esta quede a nivel de la arista

superior de la cara plan que presenta su e0tremidad" y el brazo basculante este en posición

2orizontal con ayuda de pesos calibrados situados sobre el platillo de la balanza.

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El a(uste fino de dic2o nivel se puede lograr sobrepasando ligeramente el llenado establecido y

posteriormente" desaguando lentamente a trav-s de la espita.

'notar el nivel del agua indicado en el cuadrante y el valor del peso situado en el platillo.

=ncrementar el peso sobre el platillo de la balanza y aOadir" lentamente agua 2asta que el brazo

basculante recupere la posición 2orizontal. 'notar el nivel actual de agua y del peso correspondiente.

)epetir la operación anterior varias veces" aumentando en cada una de ellas" progresivamente" el

peso en el platillo 2asta 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 e0tremo

del cuadrante.

' 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 5despu-s de cada

retirada9 utilizando la espita de desagNe y se van anotando los pesos en el platillo y los niveles de

agua.

DATOS

1. DATOS ANTES DEL ENSAYO:

Tenemos como datos las dimensiones del equipo para medir presión sobre superficies planas parcialmente sumergidas" y son de acuerdo al grfico1

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a:&Fmm

b:D8mm

d:A%?mm

/:8&Fmm

2 DATOS OBTENIDOS DEL ENSAYO:

El siguiente cuadro presentamos los pesos y la altura tanto en el llenado y en el vaciadodel depósito.

LLENADO

DEPOSITO

VACIADO DEPOSITO

PESOS ALTURA PESOS ALTURA

F(kg) 25mm9 !5>g9 25mm9

0.030 ?F %.%?% ?F

0.050 F %.%F%

0.070 F %.%D% F

0.090 A %.%W% %

0.110 W %.AA% D%

0.150 &A %.AF% &8

0.170 && %.AD% &W

0.180 WA %.A&% WA

C(*c)*os

CALCULO DE PROMEDIOS DE ALTURAS:

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El primer clculo que 2acemos es el del promedio de la altura medida en el llenado y el vaciadocon cada peso impuesto1

PROMEDIOS

F(kg)(PESO) h(!)(ALTURA DEL A"UA)

0.030 3.50

0.050 4.55

0.070 5.40

0.090 6.05

0.110 6.95

0.150 8.15

0.170 8.85

0.180 9.10

CALCULO DE LAS RELACIONES !UE !UEREMOS COMPARAR:

#alculamos los valores de 26? y de !62 8 " debido que al 2acer el anlisis equilibrio" sumandomomentos con respecto al apoyo del e(e" obtenemos un numero de ecuaciones que al final resultanen una igualdad de la forma1 !628:]26?" donde ]" es la constante de nuestra ecuación. J adems

podemos calcular la fuerza 2idrosttica que varia con la profundidad.

CENTRO DE

PRESIONES (h/3)

F/h^2 FUERZA

HIDROSTATICA

1.17 0.00244898 0.02728526

1.52 0.00241517 0.04519683

1.80 0.00240055 0.06261726

2.02 0.00245885 0.0775973

2.32 0.00227731 0.10057089

2.72 0.00225827 0.13494255

2.95 0.00217051 0.15680989

3.03 0.00217365 0.16492265

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GR+"ICOS

Gra,ico 1

Gra,ico -

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CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES

'l momento de 2acer la prctica tener cuidado con la nivelación de l equipo y tener la

precaución en no desnivelarlo mientras se traba(a ya que esto influir para que los resultados salgan valores erróneos.los resultados de las fuerzas 2idrostticas en variación de la profundidad es1

FUERZA

HIDROSTATICA

h(!)(ALTURA DEL A"UA)

0.02728526 3.50

0.0451683 4.55

0.06261726 5.40

0.077573 6.05

0.1005708 6.950.1344255 8.15

0.156808 8.85

0.1642265 9.10

$ib*iora,/a 0 *i%ora,/a

2ttp166edibon.com6products6area:fluidmec2anicsaerodynamics^subarea:fluidmec2anicsbasic

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