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MECÁNICA DE FLUIDOS
CENTRO DE PRESIONES
DEPOSITO DE AGUA
BALANZA
VALVULA DE
ENTRADA DE AGUA
ESCALA GRADUADA CONTRAPESO
VÁLVULA DE
DESAGÜE
UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
LABORATORIO N° 03
CENTRO DE PRESIONES
ASIGNATURA:
MECÁNICA DE FLUIDOS
CICLO:
V
ALUMNO:
CALDERÓN ALAYO, Jhordy Eduardo
DOCENTE:
Ms. NARVAEZ ARANDA, Ricardo
HORARIO:
SABADO 8:50 – 10:40 pm NRC: 545 - 546
TRUJILLO – PERÚ
2015 – 20
CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS DOCENTE: Ms. RICARDO NARVAEZ ARANDA
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1. INTRODUCCIÓN
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.
2. CARACTERÍSTICAS
Esta construido íntegramente en plexiglass, calidad cristal cero, de ½’
unidas mediante pegamento y tornillería, sus guarniciones son de
bronce acero cromado, que la hacen muy resistente, liviana e
inoxidable a la vez.
La verticalidad y horizontalidad de las caras extremas del flotador se
hacen visibles mediante un nivel de burbujas fijado en la cara
horizontal, mientras que el nivel del agua sobre la superficie vertical se
determinada mediante una regla metálica fija en la pared lateral
interna en el depósito.
Se puede nivelar el equipo sobre cualquier tipo de superficie
mediante sus cuatro pernos de nivelación y dos niveles de burbujas
instalados transversalmente para este edificio.
El equipo permite la determinación experimental del Centro de
presiones sobre una superficie plana vertical y otra alabeada.
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3. DESCRIPCIÓN
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.
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4. PROCEDIMIENTO:
- 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.
- Abrir la llave de ingreso de agua para que comience a llenar el
depósito. La llave de desagüe debe estar completamente
cerrada.
- A medida que la superficie libre se aproxima a la superficie
curva cerrar parcialmente la llave de ingreso de modo que al
llenarlo sea más lento.
- 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.
- Leer la altura a la que se encuentra la superficie libre del agua.
- 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.
- Correr la pesa deslizante consiguiendo que la parte superior
plana del anillo basculante este aproximadamente horizontal.
- 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.
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- Correr la pesa deslizante hasta una posición cuya longitud sea
exacta (para facilitar la medición). Tomar lectura de esta
longitud.
- Abrir la llave de desagüe hasta conseguir que la parte superior
plana del anillo basculante este exactamente horizontal. Cerrar
la llave de desagüe.
- 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 medición, tratando de minimizar el error de
paralaje.
- Correr nuevamente la pesa deslizante. Si se desean tomar varios
datos, no correrla demasiado.
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5. EXPERIENCIAS SUGERIDAS:
Cuantificación de la fuerza de empuje hidrostático.
La presión de objeto está dada por:
ф = ehg
P = Presión. P = ϒ.h ……..….. (2)
e = Densidad del líquido. ϒ = Peso específico.
g = Gravedad. h = altura.
h = Altura.
* Reemplazamos (2) en (1)
F = ϒ. h.A => Empuje Hidrostático
Fuerza Hidrostática
Donde:
F = Fuerza
A = Área
F = P.A ……..….. (1)
Variación del ángulo que hace la resultante sobre la cara alabeada
con la componente horizontal Fh para diferentes niveles.
Hallar en un plano E vs. Z, la variación del brazo de momento Z del
empuje E producido para cada nivel sobre la superficie vertical tanto
teórico como experimental.
F F
P
h
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Ubicación del centro de empuje de las fuerzas hidrostáticas sobre una
superficie en el seno de un fluido.
De la figura tenemos:
P = Phg ; P = ϒh
P = presión.
g = gravedad.
ϒ = peso específico.
h = altura.
Verificación de la expresión que da la ubicación del centro de
presiones Yp para la cara plana vertical para diferentes niveles de
agua.
𝒀𝒑 = 𝒀 + 𝑰𝑮/𝒀𝑨
X1
X2
F3
FM FM
A FK
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Donde:
Yp : Ordenada de Centro de Presiones Cp.
Y : Ordenada de Centro de gravedad a la superficie
sumergida.
IG : Momento de inercia del área sumergida respecto
al eje centroidal.
A : Área de la superficie sumergida.
𝒚𝒑 = 𝒚 +𝑰𝒈
𝒚𝑨
Demostrar que para un mismo nivel las componentes horizontales de
la fuerza hidrostática sobre una superficie plana vertical y otra
alabeada son iguales.
CP
YCP
FH
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I. INSTALACIÓN
Solo hace falta una mesa de 0.8 m de alto con una plataforma mínima
de 600mm x 400mm y que este bien nivelada.
II. DIMENSIONES
- Largo de la Barcaza o Pontón 370mm
- Ancho de la Barcaza o Pontón 212mm
- Altura de la Barcaza o Pontón 50mm
- Peso de la Barcaza 2790mm
- Peso deslizante vertical 500 gr.
- Peso deslizante horizontal 200 gr.
- Espesor de las planchas 1/32’’
Datos iniciales:
Descripción Cantidad Unidad
W = 500 gr
V0 = 10 cm
N° medición RH (cm) RV (cm)
1 10,00 11,80
2 12,11 15,50
3 14,40 21,30
4 15,30 24,40
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h0 = 6,8
h = 15,30
h – hi H (Cm)
V – Vi V (Cm)
h – h1 5,30 V – V1 12,60
h – h2 3,19 V – V2 8,90
h – h3 0,90 V – V3 3,10
N° RV Área Volumen
1 11,80 36,80 32,76
2 15,50 61,70 149,72
3 21,30 87,40 438,98
4 24,40 97,75 614,13
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11,5
𝒀𝑪𝑷 = 𝒀𝑪𝑮 +𝑰𝑪𝑮
𝒚𝑪𝑮 𝑨 𝒀𝑪𝑮□
=(𝟏𝟏,𝟓) (𝟏𝟎−𝟔,𝟖)𝟑
𝟏𝟐
𝒀𝑪𝑷 = 𝟏, 𝟔 +𝟑𝟏,𝟒𝟎𝟑
(𝟒𝟔)(𝟑𝟔,𝟖) 𝒀𝑪𝑮□
= 𝟑𝟏, 𝟒𝟎𝟑 𝒄𝒎𝟒
𝒀𝑪𝑷 = 𝟐, 𝟏𝟑 𝒄𝒎
𝒀𝑪𝑮 =𝟏𝟎−𝟔,𝟖
𝟐
𝒀𝑪𝑮 = 𝟏, 𝟔 𝒄𝒎
𝑭 = ϒ 𝒀𝑪𝑷 𝑨
𝑭 = (𝟏)(𝟐, 𝟏𝟑) (𝟑𝟔, 𝟖) 𝑨 = (𝟏𝟏, 𝟓)(𝟑, 𝟐)
𝑭 = 𝟕𝟖, 𝟑𝟖𝟒 𝒈𝒓 𝑨 = 𝟑𝟔, 𝟖 𝒄𝒎𝟐
𝑭 = 𝟎, 𝟎𝟕𝟖 𝒌𝒈 ϒ = 𝟏 𝒈𝒓
𝒄𝒎𝟑⁄
Ycp h1 - h2
R Ycg
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ANEXOS (PANEL FOTOGRÁFICO)
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