UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

LABORATORIO DE SISTEMAS DE TRANSPORTE Y

APROVECHAMIENTO DE FLUIDOS

PRCTICA No. 4

FUERZAS HIDROSTTICAS-FLOTACION

1. INTRODUCCIN En ingeniera el estado estable se refiere a un estado en el cual no hay variacin de las propiedades con respecto al tiempo, sin embargo la estabilidad tiene significados ligeramente diferentes. La estabilidad se refiere a esa tendencia a estar en estado de equilibrio, sin embargo tampoco es un acontecimiento que dependa del tiempo; las fuerzas hidrostticas son de suma importancia para la estabilidad y en la mayora de los casos son importantes para clculos de diseo y es imposible obviarlas. Al estudiar la esttica de fluidos se ha demostrado que tan solo existe un esfuerzo normal, este esfuerzo normal hace referencia al estudio de la presin, existen por tanto situaciones que conciernen a la esttica de fluidos como los esfuerzos de lquidos en reposo, lquidos contenidos en dispositivos que se aceleran, y lquidos contenidos en cilindros en rotacin. 2. FUNDAMENTO TERICO

2.1 Variacin de la presin producida por un fluido La variacin de la presin en una direccin cualquiera de un fluido en reposo puede obtenerse estudiando las variaciones a lo largo de la lnea horizontal y de la vertical. El punto A y B de la figura 1. Estn en un plano horizontal en un cuerpo libre cilndrico del eje AB y de bases normales al eje en A y B las nicas fuerzas que actan en la direccin axial son y , siendo y el area de aplicacin de la carga, la cual es la misma, por consiguiente = , lo que prueba que en dos puentos del mismo plano horizontal en una masa continua de un fluido en reposo existe la misma presin

Figura 1. Fuerza horizontal sobre un cuerpo flotante

Fuente: STREETER, Vctor L. Mecnica de fluidos. Mxico: McGRAW-HILL, 1966.

Ahora consideremos un cuerpo libre de un fluido Figura 2, consiste de un prisma de rea de seccin recta A, con un eje vertical y una altura . La base esta a un altura y por encima de un

origen arbitrario, la presin de es y en es (

) por ende lo cual muestra que

si existe una variacin de la presin en la direccin vertical.

Figura 2. Fuerza vertical sobre un cuerpo flotante

Fuente: STREETER, Vctor L. Mecnica de fluidos. Mxico: McGRAW-HILL, 1966.

3. TEMAS DE CONSULTA

Presin en un punto Fuerzas hidrostticas sobre superficies planas sumergidas(horizontales e inclinadas) Fuerzas hidrostticas sobre superficies curvas sumergidas Centro de presin Presin atmosfrica y manomtrica, Presin absoluta y relativa Centroides

4. IMPLEMENTOS Los implementos usados para el laboratorio son los siguientes:

Figura 3. Banco para la medicin de los momentos hidrostticos

Fuente: Laboratorio mecnica de fluidos

5. PROCEDIMIENTO

1. Colocamos agua y el portapesas en la parte izquierda del banco (figura 4) hasta que quede horizontal.

2. Tomamos una de las pesas y la colocamos en el lado izquierdo del banco unidas a el porta pesas mostrado en la figura 4.

3. Adicionamos agua en el canal derecho del banco hasta que quede en posicion horizontal 4. Tomamos la medida de la altura del agua con respecto a la base del canal curvo. Figura 4 y

5 5. Repetimos el procedimiento para 1,3,4 y 5 pesas.

Figura 4. Diagrama de cuerpo libre del banco.

Fuente: Laboratorio mecnica de fluidos. Figura 5. Diagrama de cuerpo libre del banco.

Fuente: Laboratorio mecnica de fluidos. h = Altura del agua. PROFUNDIDAD DEL CANAL = 7,2 cm

W2

W2

6. PREGUNTAS

1. Explique la influencia de la presion sobre las superficies curvas en el sistema, tenga en cuenta que el centro de curvatura de las superficies esta en el pivote.

2. Que sucederia con la distribucion de presiones si se inclinara la superficie, es decir si no se deja el banco horizontal.

3. Por que no se tiene en cuenta la presion generada por el agua que se encuentra en el lado izquierdo(figura 3)?

4. Dnde esta ubicado el centro de presion del sistema para cada posicion del bando?. haga un dibujo de cada uno.

5. Mencione aplicaciones practicas relacionadas al estudio de las fuerzas hidrostaticas. 6. En este caso La presion promedio esta ubicada en el centro de presion? explique?

7. BIBLIOGRAFIA

*SOTELO AVILA, Gilberto. Hidrulica general (vol. 1). Mxico: LIMUSA S. A. ,1997. p.45-48,60-64.

**STREETER, Victor L. Mecnica de fluidos. Mxico: McGRAW-HILL ,1966. 9. P.37-42. SHAMES, Irving H. Mecnica de fluidos. Santaf de Bogot (Colombia) : McGRAW-HILL,

1995. P.61-71. EDUCAR CHILE .Interaccin entre cargas [online]. S. L. : S.E. , S. F. [disponible en] : http : //

www.educarchile.cl/psu/estudiantes/Contenidos.aspx?sector=4&nivel=4&eje_tem_sem=120.

PARTE 2: Flotacin

1. INTRODUCCIN

La ley de flotacin tiene sus orgenes muchos aos atrs en la historia, desde la conocida por

muchos, leyenda del filsofo griego Arqumedes. Es por esto que la ley a tratar en esta prctica se

conoce tambin como Ley de Arqumedes. Esta ley adquiere relevancia en la medida en que

representa el funcionamiento de numerosos sistemas reales y sirve de base para otros principios

igualmente importantes.

Figura 3. Montaje experimental.

2. TEMAS DE CONSULTA

Fuerza de flotacin, principio fsico y aplicacin en la industria. El densmetro, principio de funcionamiento. Aplicaciones industriales del densmetro.

3. IMPLEMENTOS

Bscula. Balanza. Vaso de precipitado. Cilindro de Prolon. Cilindro de Acero. Cilindro de Aluminio. Cilindro de Bronce.

4. PROCEDIMIENTO

1. Nivele la bscula. 2. Ubique la pesa a sumergir en un extremo de la balanza y en el otro extremo ubique el

contrapeso de cobre sobre la bscula, de tal modo que la balanza quede nivelada. 3. Reinicie la bscula de tal modo que marque cero con la pesa de cobre sobre ella. 4. Ubique el vaso de precipitado debajo del elemento a sumergir. 5. Llene lentamente el vaso de precipitado hasta que el nivel de agua alcance el nivel superior del

elemento a sumergir sin rebosar. 6. Tome el dato que proporciona la bscula y regstrelo. 7. Repita el procedimiento para los dems materiales disponibles. 8. Halle la fuerza de flotacin terica con el principio de Arqumedes y comprela con la

experimental hallada segn la medida de masa en la bscula.

5. PREGUNTAS

1. Enuncie y explique con sus palabras el principio de Arqumedes.

2. Qu pasara con la fuerza de flotacin si se usa un cilindro de Fundicin de volumen igual al

de Acero?

3. Si se cambia el cilindro de Proln por un cubo del mismo material con igual volumen, qu

sucede con la fuerza de flotacin?

4. Qu ocurre con la fuerza de flotacin si el cuerpo se encuentra totalmente sumergido?

5. Qu ocurre con la fuerza de flotacin apenas el cuerpo tiene contacto con el agua?

6. Cmo se comportara la fuerza de empuje si el lquido se reemplazara por un aceite

lubricante?

6. BIBLIOGRAFIA

ENGEL, Yunus A. y CIMBALA, John M. Mecnica de fluidos, fundamentos y aplicaciones. Mxico: McGraw-Hill, 2006.

MOTT, Robert L. Mecnica de fluidos aplicada. 4 ed. Mxico: Prentice Hall, 1996.

POTTER, Merle C y WIGGERT, David C. Mecnica de Fluidos. 2 ed. Mxico: Prentice Hall, 1998.